Juan Carlos Mahecha Godoy

DETERMINACIÓN DE LOS PARÁMETROS PARA LA

SIMULACIÓN MATEMÁTICA DEL PROCESO DE

DESHIDRATACIÓN DE LA UCHUVA (Physalis Peruviana L.)

Juan Carlos Mahecha Godoy Ingeniero Mecánico

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA

FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL Y AGRÍCOLA

PROGRAMA CURRICULAR DE MAESTRÍA EN INGENIERÍA AGRÍCOLA

BOGOTÁ, D.C., COLOMBIA

2011

(Página en blanco)

DETERMINACIÓN DE LOS PARÁMETROS PARA LA

SIMULACIÓN MATEMÁTICA DEL PROCESO DE

DESHIDRATACIÓN DE LA UCHUVA (Physalis Peruviana L.)

Juan Carlos Mahecha Godoy Ingeniero Mecánico

Trabajo de grado como requisito parcial para optar al título de

Magíster en Ingeniería – Ingeniería Agrícola

Director:

Alfonso Parra Coronado

Ingeniero Agrícola M.Sc.

UNIVERSIDAD NACIONAL DE COLOMBIA

FACULTAD DE INGENIERÍA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA CIVIL Y AGRÍCOLA

PROGRAMA CURRICULAR DE MAESTRÍA EN INGENIERÍA AGRÍCOLA

BOGOTÁ, D.C., COLOMBIA

2011

(Página en blanco)

Al padre celestial, por permitirme aprender cada día cosas nuevas.

A la memoria de mi padre.

A mi madre, Cristina.

A mi maestro y formador, El Shaik.

A Carol, con todo mi amor.

A Maliabel, por estar siempre conmigo.

Juan Carlos

Agradecimientos

Quiero expresar mis más sinceros agradecimientos, por su colaboración y apoyo durante todo

el desarrollo de este proyecto a:

Al Ing. Alfonso Parra, por compartir conmigo un poco de sus conocimientos en el tema y por

su acertada dirección de este proyecto.

Al Ing. Juan Edilberto Rincón Pardo, por su incansable apoyo e incondicional amistad.

Al Ing. Gustavo Basto por sus valiosos aportes que se convirtieron en hechos durante el

desarrollo de este proyecto.

Al Grupo de Investigación en Diseño de Máquinas, porque de allí han surgido muy buenas

ideas.

Al Ing. Ricardo Castillo por su apoyo en muchas etapas del desarrollo del proyecto.

Al Ing. Rubén Darío Godoy Silva por sus valiosos aportes para sacar adelante este proyecto.

A la Ing. Amanda Consuelo Díaz Moreno por su valiosísima colaboración y tiempo dedicado al


Al Ing. Fernando Salazar por su valiosa colaboración y tiempo dedicado al desarrollo de este

proyecto.

Al Ing. William Aguirre por valiosa colaboración en la consecución de la fruta para poder

realizar los ensayos para del proyecto.

Al personal encargado del laboratorio de la Planta Piloto de Ingeniería Química, por toda su

colaboración.

Y en general a todas y cada una de las personas que aportaron para el desarrollo de este

proyecto.

Nota de Aceptación

________________________________________

________________________________________

________________________________________

_______________________________________

Jurado 1

_______________________________________

Jurado 2

_______________________________________

Jurado 3

_______________________________________

Director del Proyecto

Bogotá, D.C:, Mayo de 2011

(Página en Blanco)

RESUMEN IX

Resumen

El objetivo de este trabajo fue determinar experimentalmente los parámetros necesarios

para la simulación matemática del proceso de deshidratación de la Uchuva (Physalis

peruviana L.). Para ello se evaluó el proceso de deshidratación con aire caliente para dos

pre-tratamientos: escaldado, osmodeshidratado y testigo sin ningún tratamiento especial.

Como parámetros para la simulación matemática del proceso de deshidratación de la

uchuva se determinaron las ecuaciones para el Contenido de Humedad en Equilibrio

(CHeq), velocidad de secado, calor latente de vaporización y calor especifico del

producto. Se evaluaron las propiedades físico-químicas y sensoriales de la uchuva

deshidratada antes y después del proceso. Con los resultados obtenidos se realizó la

simulación matemática del proceso de deshidratación utilizando el modelo matemático de

secado en capa delgada de Roa, modificado para las condiciones del sistema de

deshidratación de la uchuva. Se encontró que las mejores condiciones de operación del

sistema de deshidratación corresponden a una temperatura del aire de 60ºC y una

velocidad de aire de 3 m s-1 para una carga de producto de 13,3 kg m-2. Para la obtención

de los parámetros de secado se utilizó una cámara experimental de secado diseñada y

construida por el Grupo de Investigación en Diseño de Máquinas GIDMAQ de la

Universidad Nacional de Colombia sede Bogotá y la metodología establecida por el Grupo

de Investigación en Postcosecha de productos Agrícolas para la ecuación de velocidad de

secado, para la ecuación de contenido de humedad en equilibrio una cámara de secado y

para la ecuación de calor específico un calorímetro isoperibólico.

Palabras clave: Deshidratación, Uchuva, parámetros, simulación.

RESUMEN X

Abstract

The aim of this study was to determine experimentally parameters necessary for the

mathematical process dehydration of the Cape Gooseberry (Physalis peruviana L.). We

evaluated the drying process with hot air for two pre-treatments, blanching,

osmodehydrated and control without any special treatment. As parameters for the

mathematical dehydration process of Cape Gooseberry were determined equations for the

equilibrium moisture content (CHeq), drying rate, latent heat of vaporization and specific

heat of the product. It evaluated the physico-chemical and sensory of Cape Gooseberry

dehydrated before and after processing. With the results obtained performed mathematical

simulation of the dehydration process using the mathematical model of thin layer drying

Roa, modified to system conditions of dehydration of cape gooseberry. It was found that

the best operating conditions of the dehydration system corresponds to an air temperature

of 60ºC and a speed of 3 ms-1 for a product load of 13.3 kg m-2. To obtain the drying

parameters used an experimental chamber drying designed and built by the Research

Group Machine Design GIDMAQ of the National University of Colombia at Bogotá and

methodology established by the Research Group on Post-harvest Agricultural products for

the drying rate equation for the equation of equilibrium moisture content of a drying

chamber and the specific heat equation isoperibol a calorimeter.

Keywords: dehydration, Cape Gooseberry, parameters, simulation.

CONTENIDO IX

Tabla de contenido

Resumen .................................................................................................................... IX

Abstract ........................................................................................................................ X

Lista de Figuras ......................................................................................................... XII

Lista de Tablas .......................................................................................................... XVI

Lista de Símbolos y Abreviaturas .............................................................................. XIX

INTRODUCCIÓN ......................................................................................................... 1

1. ANTECEDENTES Y JUSTIFICACIÓN ................................................................. 3

1.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA: .......................................................................... 3

1.2. ANTECEDENTES Y JUSTIFICACIÓN ......................................................................... 3

1.2.1. Perspectivas del mercado actual de la uchuva en fresco y procesado ............... 4

1.2.1.1. Mercado Actual de la Uchuva en fresco y procesado. ................................... 4

1.2.1.2. Perspectivas de mercado .................................................................................... 9

1.3. Objetivos y Alcances del Proyecto .............................................................................. 11

2. MARCO TEÓRICO ............................................................................................ 13

2.1. LA UCHUVA .................................................................................................................... 13

2.2. AGROINDUSTRIA DE LA UCHUVA ........................................................................... 17

2.3. DESHIDRATACIÓN DE ALIMENTOS ........................................................................ 18

2.3.1. Línea de proceso para la deshidratación de frutas. .......................................... 30

2.3.2. Clasificación de los sistemas de secado ............................................................ 32

2.3.3. Variables físicas que influyen en el potencial de secado ................................. 34

2.3.3.1. Variables externas .............................................................................................. 35

2.3.3.2. Variables Internas ............................................................................................... 36

2.4. SIMULACIÓN MATEMÁTICA DEL PROCESO DE DESHIDRATACIÓN ............. 37

2.4.1. Modelos Matemáticos ............................................................................................ 38

2.4.1.1. Modelo de Thompson ........................................................................................ 39

2.4.1.2. Modelo MSU ........................................................................................................ 39

2.4.1.3. Modelo de Roa .................................................................................................... 40

2.4.1.4. Otros Modelos ..................................................................................................... 40

CONTENIDO X

2.4.2. Selección del Modelo ............................................................................................. 41

2.4.3. Parámetros para el Modelamiento matemático del secado ............................. 42

2.4.3.1. Ecuación de Contenido de Humedad en Equilibrio (CHeq) ......................... 42

2.4.3.2. Ecuación de Calor Específico ........................................................................... 47

2.4.3.3. Ecuación de velocidad de secado ................................................................... 50

2.4.3.4. Ecuación de Calor Latente de Vaporización (hfg) .......................................... 52

2.5. PRE-TRATAMIENTOS TÉRMICOS ............................................................................ 54

2.5.1. Escaldado .................................................................................................................... 55

2.5.1.1. Métodos de Escaldado .......................................................................................... 55

2.5.1.2. Temperatura del medio calefactor. ...................................................................... 56

2.5.2. Osmodeshidratado ..................................................................................................... 57

2.6. ANÁLISIS ESTADISTICO ............................................................................................. 60

3. MATERIALES Y MÉTODOS .............................................................................. 63

3.1. MATERIALES ................................................................................................................. 63

3.1.1. Materia prima. ......................................................................................................... 63

3.2. EQUIPOS ......................................................................................................................... 64

3.2.1. Cámara Experimental de Secado ........................................................................ 64

3.2.2. Cámara de Secado ................................................................................................ 66

3.2.3. Calorímetro isoperibólico: ...................................................................................... 68

3.2.4. Determinación del contenido de humedad ......................................................... 70

3.3. METODOLOGÍA ............................................................................................................. 71

3.3.1. Pre-tratamientos ..................................................................................................... 71

3.3.1.1. Sin ningún pre-tratamiento (blanco) ................................................................ 71

3.3.1.2. Escaldado ............................................................................................................ 72

3.3.1.3. Osmodeshidratado ............................................................................................. 72

3.3.2. Determinación de los parámetros ........................................................................ 73

3.3.2.1. Ecuación de Contenido de Humedad en Equilibrio (CHeq) ......................... 73

3.3.2.2. Ecuación de Calor especifico ........................................................................... 75

3.3.2.3. Ecuación de Velocidad de Secado .................................................................. 76

3.3.2.4. Ecuación de Calor Latente de Vaporización .................................................. 78

3.3.3. Análisis Físico-químicos ........................................................................................ 79

4. RESULTADOS Y ANÁLISIS .............................................................................. 82

CONTENIDO XI

4.1. ECUACIÓN DE CONTENIDO DE HUMEDAD EN EQUILIBRIO ............................ 82

4.1.1. Determinación de los parámetros de la ecuación de contenido de humedad

en equilibrio. ............................................................................................................................ 85

4.1.2. Análisis de la Regresión para el contenido de humedad en equilibrio. ......... 91

4.2. ECUACIÓN DE CALOR ESPECÍFICO ....................................................................... 96

4.2.1. Ecuaciones de calor específico para la uchuva sometida a diferentes pre-

tratamientos. ............................................................................................................................ 97

4.2.2. Análisis de la regresión para el calor específico. ............................................ 100

4.3. ECUACIÓN DE VELOCIDAD DE SECADO ............................................................ 101

4.3.1. Determinación de los parámetros de la ecuación de velocidad de secado. 105

4.3.2. Análisis de la regresión para la ecuación de velocidad de secado. ............. 106

4.4. ECUACIÓN DE CALOR LATENTE DE VAPORIZACIÓN ..................................... 107

4.4.1. Determinación de los parámetros de la ecuación de calor latente de

vaporización. ......................................................................................................................... 110

4.4.2. Análisis de la regresión para la ecuación de calor latente de vaporización.114

4.5. SIMULACIÓN MATEMÁTICA REALIZADA CON LOS PARÁMETROS

ENCONTRADOS. ..................................................................................................................... 115

4.5.1. Influencia de la temperatura y de la velocidad del aire en la velocidad de

secado 115

4.5.2. Condiciones de operación ................................................................................... 119

4.6. RESULTADOS DE LOS ANÁLISIS FÍSICO-QUÍMICOS ....................................... 120

4.7. RESULTADOS ANÁLISIS DE TEXTURA, ACTIVIDAD DE AGUA Y

COLORIMETRIA ...................................................................................................................... 121

4.7.1. Análisis de textura y actividad de agua ............................................................. 122

4.7.2. Colorimetría ........................................................................................................... 124

4.7.3. Panel de Análisis Sensorial de Aceptación ...................................................... 130

PARÁMETROS GENERADOS ................................................................................ 137

CONCLUSIONES .................................................................................................... 141

RECOMENDACIONES ............................................................................................ 143

BIBLIOGRAFÍA ........................................................................................................ 144

CONTENIDO XII

Lista de Figuras

Figura 1.1. Países exportadores de berries en 2006. FUENTE: (Ministerio de Agricultura y

Desarrollo Rural 2009) ................................................................................................ 5

Figura 2.1. Tabla de color del fruto de Uchuva, basado en la NTC 4580 de (ICONTEC,

1999) ........................................................................................................................ 17

Figura 2.2. Isoterma de equilibrio de almidón de yuca. (Moreno, 2008) ........................... 21

Figura 2.3. Esquema de deshidratación en capa delgada. (Domínguez, 1983). ............... 25

Figura 2.4. Curva de secado a 50°C de pulpa de cupuaçu (Theobroma grandiflorum) en

rodajas (Giraldo-Zuniga et al, 2010) .......................................................................... 26

Figura 2.5. Etapa de velocidad de secado constante. Pulpa de cupuaçu (Theobroma

grandiflorum) en rodajas a 50°C (Giraldo-Zuniga et al, 2010) ................................... 27

Figura 2.6. Influencia de la temperatura en la velocidad de secado. Curvas de secado de

pimiento rojo a diferentes temperaturas (Vega et al, 2005) ....................................... 28

Figura 2.7: Influencia de la velocidad del aire en la velocidad de secado. Cinética del

secado de Lúcuma (Barrera et al, 2009). .................................................................. 28

Figura 2.8. Periodos de velocidad decreciente para pulpa de Lúcuma a 60°C y tres

velocidades de aire (Barrera et al, 2009). ................................................................. 30

Figura 2.9. Descripción del proceso de deshidratado. (Meyer, 2004) ............................... 31

Figura 2.10. Clasificación de los sistemas de secado. (Baker, 1997) ............................... 33

Figura 2.11. Clasificación de los sistemas de secado por el modo de transferencia de

calor. (Araya-Farias et al, 2009) ................................................................................ 34

Figura 2.12. Tipos de Flujo de aire. (a) Flujo de aire paralelo al producto, (b) Flujo de aire

perpendicular al producto (c) lecho fluidizado. (Perry, 1994)..................................... 35

Figura 2.13. Isotermas de adsorción y desorción. Representación del fenómeno de

histéresis. (Ospina, 2001). ........................................................................................ 44

Figura 2.14. Proceso de deshidratación osmótica de una fruta. (Camacho, 2004). .......... 59

Figura 3.1. Uchuva utilizada en los ensayos de secado. .................................................. 63

CONTENIDO XIII

Figura 3.2. Cámara experimental de secado. .................................................................. 64

Figura 3.3. Cámara de secado ubicada en la Planta Piloto de Ingeniería Química. ......... 65

Figura 3.4. Aspersores y resistencias eléctricas de inmersión para generar la humedad en

el sistema. ................................................................................................................ 66

Figura 3.5. Ventilador centrífugo y resistencias eléctricas del secador experimental. ...... 67

Figura 3.6. Re-cámara de secado. ................................................................................... 67

Figura 3.7. Recirculación del aire al sistema de humidificación. ....................................... 68

Figura 3.8: Esquema de un calorímetro isoperibólico. (Quintana G., 2005) ..................... 69

Figura 3.9. Imágenes del Calorímetro ubicado en el Laboratorio CINDELIC del

Departamento Química de la Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional de

Colombia. ................................................................................................................. 69

Figura 3.10. Balanza determinadora de humedad Marca Sartorius Moldelo MA150. ....... 70

Figura 3.11. Izquierda: muestra para realizar la medida de contenido de humedad inicial;

derecha: muestra al finalizar la medida. .................................................................... 71

Figura 3.12. Montaje para la realización del escaldado de la uchuva. .............................. 72

Figura 4-1. Hongos y ataque de micro-organismos en ensayo a 40°C y 20 %HR. ........... 83

Figura 4.2. Datos experimentales del Contenido de Humedad en Equilibrio en base seca

para uchuva blanco (sin ningún pre-tratamiento). ..................................................... 84


para uchuva sometida a escaldado. .......................................................................... 84


para uchuva sometida a osmodeshidratado. ............................................................. 85

Figura 4.5. Isotermas de contenido de humedad en equilibrio para uchuva blanco (sin

ningún pre-tratamiento) generadas a partir del modelo. ............................................ 88

Figura 4.6. Isotermas de contenido de humedad en equilibrio para uchuva sometida a

escaldado generadas a partir del modelo. ................................................................ 89

Figura 4.7. Isotermas de contenido de humedad en equilibrio para uchuva sometida a

osmodeshidratado generadas a partir del modelo. ................................................... 90

CONTENIDO XIV

Figura 4.8. Comparación de las isotermas de contenido de humedad en equilibrio para

uchuva blanco (sin ningún pre-tratamiento) generadas a partir del modelo con los

valores experimentales. ............................................................................................ 93


uchuva escaldada generadas a partir del modelo con los valores experimentales. ... 94


uchuva osmodeshidratada generadas a partir del modelo con los valores

experimentales. ........................................................................................................ 95

Figura 4.11. Curvas de calor específico generadas a partir del modelo para uchuva blanco

(sin ningún pre-tratamiento). ..................................................................................... 98

Figura 4.12. Curvas de Calor Específico generadas a partir del modelo para escaldado. 99

Figura 4.13. Curvas de Calor Específico generadas a partir del modelo para

osmodeshidratado. ................................................................................................... 99

Figura 4.14. Curvas de secado experimentales y teóricas para uchuva blanco (sin ningún

pre-tratamiento). ..................................................................................................... 102

Figura 4.15. Curvas de secado experimentales y teóricas para uchuva escaldada. ....... 103

Figura 4.16. Curvas de secado experimentales y teóricas para uchuva osmodeshidratada.

............................................................................................................................... 104

Figura 4.17. Comparación entre los datos experimentales y calculados para la relación de

calor latente de vaporización de uchuva blanco (sin ningún pre-tratamiento). ........ 112


Calor Latente de Vaporización de Uchuva escaldada. ............................................ 113


calor latente de vaporización de Uchuva osmodeshidratada. ................................. 113

Figura 4.20. Influencia de la temperatura en la velocidad de secado para uchuva Blanco

(sin ningún pre-tratamiento). ................................................................................... 116

Figura 4.21. Influencia de la temperatura en la velocidad de secado para uchuva

escaldada. .............................................................................................................. 117


osmodeshidratada. ................................................................................................. 118

CONTENIDO XV

Figura 4.23. Medida de la actividad de agua promedio para los ensayos evaluados. .... 123

Figura 4.24. Medida de punto de penetración por texturometro para los ensayos

evaluados. .............................................................................................................. 124

Figura 4.25. Espacio de colores CIE-LAB. (Ramírez-Navas, 2010). .............................. 125

Figura 4.26. Datos de colorimetría para uchuva sin ningún pre-tratamiento (blanco). ... 127

Figura 4.27. Datos de colorimetría para uchuva sometida a escaldado. ........................ 128

Figura 4.28. Datos de colorimetría para uchuva sometida a osmodeshidratato. ............ 128

Figura 4.29. Índice de color – IC, para cada una de las muestras evaluadas. ................ 129

Figura 4.30. Datos del panel sensorial de aceptación para uchuva blanco (sin ningún pre-

tratamiento). ........................................................................................................... 134

Figura 4.31. Datos del panel sensorial de aceptación para uchuva Escaldada. ............. 135

Figura 4.32. Datos del panel sensorial de aceptación para uchuva Osmodeshidratada. 136

CONTENIDO XVI

Lista de Tablas

Tabla 1.1. Destino y precios de la uchuva en la Unión Europea, periodo 2007-2008.

(Ministerio de Agricultura y Desarrollo Rural, 2009) .................................................... 6

Tabla 1.2. Consumo de la Uchuva en Colombia entre 1995-2000 (Ministerio de Agricultura

y Desarrollo Rural, 2009). ........................................................................................... 7

Tabla 1.3. Exportaciones de Colombia de Uchuva deshidratada en el período 2009-2010

(Datos DIAN-DANE y cálculos realizados por PROEXPORT COLOMBIA). ................ 9

Tabla 1.4. Oportunidades y limitaciones de la agroindustria de la Uchuva (Ministerio de

Agricultura y Desarrollo Rural, 2009). ....................................................................... 10

Tabla 2.1. Composición nutricional de la Uchuva. (Camacho, 2004) ............................... 14

Tabla 2.2. Clasificación de los sistemas de secado. ........................................................ 31

Tabla 2.3. Modelos matemáticos de varios autores para la obtención de las curvas de

secado. (Wang, 2007)............................................................................................... 41

Tabla 2.4. Parámetros de la Ecuación de Humedad de Equilibrio de Herderson –

Thompson para diferentes productos Tropicales. Fuente: ASAE. Yearbook 1996.

Otros Investigadores. (Citado por Ospina, 2001) ...................................................... 45

Tabla 2.5. Parámetros de la Ecuación de ROA para el Contenido de Humedad de

equilibrio de Diferentes Productos. Fuente (Roa y Rossi 1980; Citado por (Ospina,

2001)), (Moreno, 2008) ............................................................................................. 46

Tabla 2.6. Referencias para el cálculo del calor específico del almidón. (Moreno, 2008). 47

Tabla 2.7. Calores Específicos para algunos productos agrícolas. Fuente: Varios autores.

................................................................................................................................. 48

Tabla 2.8. Ecuaciones de calor latente de vaporización para algunos productos a partir de

la expresión de Othmer. (Valderrama, 1991). ........................................................... 54

Tabla 3.1. Rangos de operación de la cámara experimental de secado. ......................... 66

Tabla 3.2. Matriz de resultados para isotermas de CHeq. ................................................ 74

Tabla 3.3. Matriz de ensayos para las curvas de secado. ................................................ 77

CONTENIDO XVII

Tabla 4.1. Contenido de Humedad en Equilibrio para Uchuva Blancos (sin ningún pre-

tratamiento). ............................................................................................................. 81

Tabla4.2. Contenido de Humedad en Equilibrio para Uchuva sometida a escaldado. ...... 83

Tabla 4.3. Contenido de Humedad en Equilibrio para Uchuva sometida a

osmodeshidratado. ................................................................................................... 83

Tabla 4.4. Parámetros para la ecuación de Roa de contenido de humedad en equilibrio

para uchuva sometida a diferentes pre-tratamientos. ............................................... 85

Tabla 4.5.Estadísticas de regresión para la ecuación de contenido de humedad en

equilibrio para uchuva blanco (sin ningún pre-tratamiento), escaldada y

osmodeshidratada. ................................................................................................... 91

Tabla 4.6. Resultados de calor específico generados para uchuva sin ningún pre-

tratamiento (blancos). ............................................................................................... 96

Tabla 4.7. Resultados de calor específico generados para uchuva escaldada. ................ 96

Tabla 4.8. Resultados de Calor específico generados para uchuva osmodeshidratada. .. 97

Tabla 4.9. Constantes de la ecuación de calor específico para uchuva blanco (sin ningún

pre-tratamiento), escaldada y osmodeshidratada, para CH bh y CH bs. ................... 97

Tabla 4.10. Análisis de regresión lineal de los datos obtenidos para uchuva blanco (sin

ningún pre-tratamiento), escaldada y osmodeshidratada, para las ecuaciones de calor

específico en función del CH bs. ............................................................................. 100

Tabla 4.11. Parámetros generados para la ecuación de velocidad de secado (Ec. 3.2)

para uchuva blanco (sin ningún pre-tratamiento), escaldada y osmodeshidratada. 105

Tabla 4.12. Análisis de regresión lineal para los datos obtenidos de velocidad de secado

para uchuva blanco (sin ningún pre-tratamiento), escaldada y osmodeshidratada. 107

Tabla 4.13. Calculo de la relación de calor latente de vaporización para uchuva blanco (sin

ningún pre-tratamiento). .......................................................................................... 108

Tabla 4.14. Calculo de la relación de Calor Latente de Vaporización para uchuva

escaldada. .............................................................................................................. 109

Tabla 4.15. Calculo de la relación de Calor Latente de Vaporización para uchuva


CONTENIDO XVIII

Tabla 4.16. Constantes estimadas para la ecuación de calor latente de vaporización para

uchuva blanco (sin ningún pre-tratamiento), escaldada y osmodeshidratada. ........ 111

Tabla 4.17. Análisis de Regresión Lineal para los datos obtenidos de Calor Latente de

Vaporización para uchuva blanco (sin ningún pre-tratamiento), escaldada y


Tabla 4.18. Influencia de la temperatura y de la velocidad del aire en la velocidad de

secado de uchuva blanco (sin ningún pre-tratamiento), escaldado y

osmodeshidratado. ................................................................................................. 119

Tabla 4.19. Condiciones recomendadas de operación del deshidratado de uchuva blanco

(sin ningún pre-tratamiento), escaldado y osmodeshidratado. ................................ 120

Tabla 4.20. Análisis físico-químicos realizados a la fruta antes del proceso de

deshidratado. .......................................................................................................... 120

Tabla 4.21. Lista de Ensayos a los cuales se les realizó las medidas de textura, actividad

de agua y colorimetría. ........................................................................................... 121

Tabla 4.22. Promedios de las medidas de textura, Aw. .................................................. 122

Tabla 4.23. Promedios de las medidas de colorimetría. ................................................. 126

Tabla 4.24. Encuesta de Panel Sensorial de Aceptación para uchuva deshidratada. .... 130

Tabla 4.25. Resultados Panel Sensorial de Aceptación, uchuva blanco. ....................... 131

Tabla 4.26. Resultados Panel Sensorial de Aceptación, uchuva escaldada. .................. 132

Tabla 4.27. Resultados Panel Sensorial de Aceptación, uchuva osmodeshidratada. ..... 132

CONTENIDO XIX

Lista de Símbolos y Abreviaturas

A continuación se tiene la lista de abreviaturas utilizadas en este documento.

Símbolos con letras latinas

Símbolo Término Unidad SI

CH Contenido de Humedad Adimensional

CHbh Contenido de Humedad en base húmeda

Adimensional

CHbs Contenido de Humedad en base seca Adimensional

hfg´ Calor latente de vaporización del producto del agua contenida en el mismo.

KJ kg-1

hfg Calor latente de vaporización del agua KJ kg-1 HR Humedad Relativa del aire Adimensional PV Presión de vapor Pa PVS Presión de vapor de saturación Pa T Temperatura °C Cp Calor específico KJ °C-1 kg-1

INTRODUCCIÓN

La economía Colombiana se mueve en torno a la agricultura, siendo esta un punto muy

importante para el desarrollo e implementación de nuevas tecnologías. Las

investigaciones en poscosecha de la gran variedad de productos que se producen en

el país deben enfocarse en poder darle valor agregado a esa materia prima agrícola y

que ésta se conserve; ese es el gran reto que tienen los centros de investigación y

Universidades.

En Colombia por ser un país tropical, se producen gran variedad de frutas dentro de las

cuales el Ministerio de Agricultura y Desarrollo Rural (2006) ha priorizado unas

cuantas, entre ellas la Uchuva (Physalis peruviana L.). En esta fruta, Colombia es el

principal productor y exportador. Debido a esta razón se motivó el desarrollo de este

proyecto, ya que se pretende ofrecer otra alternativa de preservación teniendo como

base el conocimiento del proceso de deshidratado de la misma y así poder diseñar,

construir y hacer más eficientes los equipos que realicen estos procesos.

El Grupo de Investigación en Postcosecha de Productos Agrícolas y el Grupo de

Investigación en Diseño de Máquinas GIDMAQ han identificado esta problemática y se

están adelantando algunos desarrollos al respecto, como el diseño y desarrollo de

maquinaria para el proceso de deshidratado tanto para laboratorio como para

producción industrial y, en asocio con otros grupos de investigación, la simulación

matemática del proceso de deshidratado de otros productos agrícolas.

El presente proyecto tiene como objetivo principal la determinación de los parámetros

experimentales de deshidratación de la Uchuva (Physalis peruviana L.) para realizar la

simulación matemática del proceso. Obteniendo cuatro ecuaciones matemáticas que

caracterizan este producto (Contenido de Humedad de Equilibrio, Velocidad de

Secado, Calor Específico y Calor Latente de Vaporización del agua contenida en el

producto) se implementa la modelación matemática del proceso, con el objetivo final de

diseñar y construir maquinaria con las condiciones de proceso adecuadas en las

INTRODUCCIÓN

2

cuales se obtenga un producto de excelente calidad con el menor gasto energético.

Este procedimiento se realizó a uchuva sin ningún pre-tratamiento (blanco), uchuva

sometida a escaldado y uchuva sometida a osmodeshidratado. Esto con el fin de

evaluar y comparar los diferentes resultados y poder determinar cuáles son las mejores

condiciones en las cuales se puede deshidratar la fruta.

El documento presenta la justificación del desarrollo de la investigación, los objetivos

formulados y el entorno que gira alrededor de este producto. Luego se hace una

descripción del marco teórico en el cual se basa la investigación, se describen las

diferentes operaciones de secado y los modelos matemáticos utilizados en la

simulación del proceso. Así mismo se hace una revisión de las metodologías

experimentales con las cuales se generan las ecuaciones a obtener.

Seguido se presentan los procedimientos experimentales que se realizaron, en los

cuales se específica metodologías, variables involucradas en los ensayos y una

descripción de cada uno de los equipos utilizados. Luego se presentan las ecuaciones

con los resultados obtenidos y los procedimientos estadísticos que dan validez a estos

resultados. Por último se hace un análisis de las variables que más influyen en el

proceso de deshidratado con miras a determinar las mejores condiciones de operación.

Con el desarrollo de este proyecto de investigación se pudo conocer el comportamiento

del deshidratado de la Uchuva aplicando diferentes pre-tratamientos térmicos y

haciendo comparación con uchuva sin ningún tratamiento. La determinación de las

ecuaciones que simulan el comportamiento del deshidratado abre luces para continuar

con el desarrollo de este producto y ofrecerle a los industriales del sector este paquete

tecnológico para su implementación.

1. ANTECEDENTES Y JUSTIFICACIÓN

1.1. PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA:

En Colombia, muchas empresas deshidratan uchuva de manera empírica, con base en

pruebas de ensayo y error. Aunque algunas Universidades, incluyendo la Universidad

Nacional de Colombia, han realizado investigaciones en secado de uchuva, ninguna de

ellas ha determinado las ecuaciones de los parámetros que tienen mayor incidencia en

el proceso de deshidratación.

La ventaja que tiene el conocer estos parámetros radica en que por medio de ellos se

puede hacer el modelamiento matemático del proceso de deshidratación de la fruta,

optimizando el manejo y operación de los equipos en los cuales se realiza este

proceso, disminuyendo el tiempo y por consiguiente los costos del proceso, lo cual

permite mejorar la calidad del producto final con una aceptación mayor por parte del

consumidor.

(Domínguez et al, 1983) describen la simulación matemática como el enfoque básico

para el proceso de deshidratado de productos y consiste en dividir el proceso en

muchos pasos pequeños y calcular el proceso en capas delgadas durante incrementos

de tiempo pequeños.

1.2. ANTECEDENTES Y JUSTIFICACIÓN

La deshidratación es probablemente el método más antiguo y de uso más frecuente en

la conservación de alimentos. Actualmente es una técnica versátil y muy extendida en

la industria alimentaria, así como un tema de interés continuo en la investigación de

alimentos. El término deshidratación se refiere a la eliminación de la humedad de un

material con el objetivo primordial de reducir la actividad microbiana y el deterioro del

producto (Ratti, 2001). Además de la preservación, la reducción del peso y de volumen

de los productos deshidratados se disminuye el empaque, la manipulación, y los costos

de transporte. Por otra parte, la mayoría de los productos alimenticios se deshidratan

ANTECEDENTES Y JUSTIFICACIÓN

4

para mejorar procesos posteriores como molienda o mezcla. En la actualidad bebidas

instantáneas en polvo, mezclas de sopas deshidratadas, especias, café, y diferentes

ingredientes utilizados en la transformación de los alimentos son los principales

productos alimenticios que están deshidratando (Araya-Farias, et al, 2009)

“El agua retirada durante este proceso puede ser eliminada de los alimentos por las

simples condiciones ambientales o por una variedad de procesos controlados de

deshidratación en los que se someten a técnicas que emplean diferentes medios como

calor, aire, frío y ósmosis” (Camacho, 2004). Esta eliminación de agua puede ser casi

completa y se busca prevenir al máximo los cambios en el alimento con el fin de lograr

obtener productos lo más parecidos a los alimentos frescos. Los niveles de humedad

final de los productos llegan a alcanzar valores de 1 a 5% según el producto. Por lo

general la calidad lograda en la deshidratación es proporcional al costo del proceso

aplicado, existiendo sus excepciones (Camacho, 2004).

Por otra parte, el Departamento Nacional de Planeación en la Visión Colombia 2019,

identificó los productos exportables del sector agropecuario, de acuerdo con las

oportunidades de mercado de cada producto, sus indicadores de competitividad y los

requisitos para lograr su admisibilidad en los mercados internacionales. Con esta

información como base y con la concertación llevada a cabo con los Gremios se

priorizaron una serie de productos, y entre las frutas la uchuva. (Ministerio de

Agricultura y Desarrollo Rural, 2006). Además, el Ministerio de Agricultura y Desarrollo

Rural (2009) al sacar la Agenda Prospectiva de Investigación y Desarrollo para la

uchuva plantea la importancia de esta fruta para los productores colombianos a la cual

se debe estudiar las diferentes formas de conservación, entre ellas la deshidratación.

1.2.1. Perspectivas del mercado actual de la uchuva en fresco y procesado

1.2.1.1. Mercado Actual de la Uchuva en fresco y procesado.

La dinámica comercial de la uchuva en el mundo se puede deducir a través de las

cifras de comercio internacional para las frutas, específicamente para el grupo de las

berries. En la Figura 1.1, Colombia ocupa la décima posición, ya que su participación


5

en la comercialización se fundamenta específicamente en la uchuva; mientras que,

países como Tailandia y España aparecen como líderes, posiblemente por los

volúmenes comercializados en fresa y otras berries. Aparte de Colombia, según los

reportes de los orígenes y precios de la uchuva en la Unión Europea, el otro país que

exporta uchuva es Suráfrica, aunque en muy pequeñas cantidades (Ministerio de

Agricultura y Desarrollo Rural, 2006).

Figura 1.1 Países exportadores de berries en 2006. (Ministerio de Agricultura y Desarrollo

Rural, 2009)

Colombia es el principal exportador de Uchuva del mundo. Casi la totalidad de la

uchuva consumida por la Unión Europea provenía de Colombia para el periodo 2007-

2008, tal como se aprecia en la Tabla 1.1, mostrando un variado comportamiento de

precios en los mercados analizados (TROPICAL AND OFF-SEASON FRESH FRUITS

MARKET NEWS SERVICE (MNS), citado por Ministerio de Agricultura y Desarrollo

Rural, 2009).


6

Tabla 1.1. Destino y precios de la uchuva en la Unión Europea, periodo 2007-2008. (TROPICAL

AND OFF-SEASON FRESH FRUITS MARKET NEWS SERVICE (MNS), Citado por Ministerio

de Agricultura y Desarrollo Rural, 2009).

Año Mercado Origen Precio

(USD)

Empaque

2007

Bélgica Colombia 6,00 Preempacado 12x100gr

Dinamarca Colombia 6,71 Preempacado 12x100gr

Francia Colombia 7,75 Preempacado 12x100gr

Alemania Colombia 4,90 Preempacado 12x100gr

Holanda Colombia 5,94 Preempacado 12x100gr

Italia Colombia 7,44 Preempacado 12x100gr

Suecia Colombia 7,73 Preempacado 12x100gr

Suiza Colombia 8,48 Preempacado 12x100gr

Reino Unido Colombia 6,58 Preempacado 12x100gr

2008

Bélgica Colombia 5,83 Preempacado 12x100gr

Dinamarca Colombia 6,49 Preempacado 12x100gr

Francia Colombia 7,75 Preempacado 12x100gr

Alemania Colombia 5,21 Preempacado 12x100gr

Holanda Colombia 6,25 Preempacado 12x100gr

Suiza Colombia 8,29 Preempacado 12x100gr

Reino Unido Colombia 6,09 Preempacado 12x100gr

Reino Unido Suráfrica 3,84 2kg

De acuerdo con los datos de precios para Europa en países como Bélgica, Dinamarca,

Francia, Alemania, Holanda, Italia, Suecia y Suiza se puede inducir que solamente

Colombia exportó en 2007 y 2008 o es la referencia de precio, ya que Sudáfrica es el


7

único otro país que se reseña como mercado origen y sólo participó en las

exportaciones al Reino Unido en 2008 (Ministerio de Agricultura y Desarrollo Rural,

2009).

En cuanto a la dinámica en el país, en Colombia el consumo per cápita anual de frutas

frescas es de aproximadamente 4,1 kg/hab cada año, presentando niveles muy bajos

frente a otros países latinoamericanos, como Costa Rica con 49 kg/hab., Cuba con

23,1 kg/hab. y Ecuador con 21,8 kg/hab. Entre 1993 y 2002, el consumo de frutas

frescas en Colombia creció el 1,1% (Cálculos de FAO, citado por Ministerio de


En el quinquenio 1995-2000, el consumo de uchuva en Colombia mostró uno de los

crecimientos más dinámicos del conjunto de las frutas colombianas (74,5% promedio

anual). Del mismo modo, el consumo per cápita creció a una tasa promedio anual de

72,7% en el mismo periodo, al pasar de 0,001 kilos en 1995 a 0,11 kilos por persona al

año al final del periodo, como puede verse en la Tabla 1-2 (Ministerio de Agricultura y

Desarrollo Rural, 2009).

Tabla 1.2. Consumo de la Uchuva en Colombia entre 1995-2000 (Ministerio de Agricultura y

Desarrollo Rural, 2009).

Las presentaciones de uchuva procesada más frecuentes son: fruta congelada IQF,

puré, pulpa, mermeladas, conservas, deshidratada (para consumir como pasabocas,

especialmente en el mercado de Bogotá). El mayor valor del mercado está en la fruta

fresca o en los elaborados que mantienen su forma intacta. Existen clientes

internacionales que están interesados en las mermeladas, aderezos y pulpas de

uchuva a granel, esto presenta algunos inconvenientes a nivel logístico y de empaques

1995 1996 1997 1998 1999 2000

Crecimiento

%

Consumo aparente toneladas 68 590 397 412 3230 4485 74,5

Consumo percapita

Kilogramos/año

0 0,02 0,01 0,01 0,08 0,11 72,7


8

(Ministerio de Agricultura y Desarrollo Rural, 2009).La uchuva transformada se

comercializa en cantidades mínimas en el mercado nacional, en diferentes

presentaciones, (Pomona): mermelada, chutney, salsas, deshidratada, en almíbar

(Ministerio de Agricultura y Desarrollo Rural, 2009).

Recientemente, se han introducido al mercado los productos deshidratados,

comercializados principalmente a través de los supermercados e hipermercados. El

precio de venta del producto a los intermediarios nacionales oscila entre $3.500- 3.800

por 120 g. El precio de venta al público en grandes superficies es de $4.000 a $6.000


El mercado internacional está a cargo de intermediarios que exportan el producto

deshidratado, lo compran a granel para reempacar posteriormente con diferentes

marcas. Los principales mercados de destino son Canadá, USA, República Checa,

Alemania y Japón. El precio promedio son de USD $9,5 por kilo de producto

deshidratado. La tendencia de este mercado es continuar en crecimiento, sin embargo,

se da para producto certificado como orgánico. La uchuva deshidratada cuenta con

partida arancelaria 0813400000 (Ministerio de Agricultura y Desarrollo Rural, 2009).

Según datos de la DIAN-DANE y cálculos realizados por PROEXPORT, la uchuva

deshidratada en el período 2009 y 2010 se ha comportado como se muestra en la

Tabla 1.3, se observa un crecimiento en el período analizado, y países como Líbano y

Turquía entran como mercado objetivo. Los datos reportados son para la partida

arancelaria 0813400000, la cual corresponde a uchuva deshidratada (Datos DIAN-

DANE, Cálculos PROEXPORT COLOMBIA). La disminución de las exportaciones a

países como Estados Unidos, Alemania, Suecia, España y Canadá se puede deber al

aumento del precio promedio de venta del producto comparado con los datos

reportados por el Ministerio de Agricultura y Desarrollo Rural (2009).


9

Tabla 1.3. Exportaciones de Colombia de Uchuva deshidratada en el período 2009-2010 (Datos

DIAN-DANE y cálculos realizados por PROEXPORT COLOMBIA).

País USD 2009 FOB

USD 2010 FOB

Crecimiento USD Enero 2010

USD Enero 2011

LIBANO

277.344,00

TURQUIA 8,00 140.902,17

169.738,50

ESTADOS UNIDOS 292.449,46 113.818,77 -61,09%

10.095,84 4.168,00

SUIZA 93.161,20 84.636,33 -9,15%

ALEMANIA 68.079,75 36.993,06 -45,66%

SUECIA 24.864,82 12.414,09 -50,07%

ESPANA 33.920,16 10.752,00 -68,30%

RUMANIA

6.144,00

CANADA 8.368,50 5.261,20 -37,13%

1.036,20

REINO UNIDO

0,50

BELGICA

0,10

COSTA RICA

2,46

FRANCIA 2,53

AUSTRALIA

4.752,00

ZONA FRANCA BOGOTA

41,16

Totales $ 520.895,58 $ 688.266,22 $ 10.095,84 $ 179.697,16

1.2.1.2. Perspectivas de mercado

Según El Ministerio de Agricultura y Desarrollo Rural (2009), el análisis del agronegocio

mundial para uchuva en fresco permite concluir que la hegemonía de Colombia en el

mercado de la uchuva es incuestionable, lo cual, si bien es cierto hasta el 2008, no

necesariamente debe continuar con la misma tendencia, ya que la entrada de Brasil y

Chile como posibles competidores, podría invertir el escenario.

La cadena productiva de la uchuva toma importancia para el país y como agronegocio

en el ámbito internacional, con el crecimiento significativo del consumo de fruta

principalmente en los países europeos, y en menor medida en USA y los mercados


10

orientales. La uchuva, por los volúmenes que se comercializan en el mercado europeo,

sola o unida con otras bayas, dejó de ser un producto exótico para convertirse en un

“commodities” (Ministerio de Agricultura y Desarrollo Rural, 2009).

La cadena de la uchuva en Colombia aún enfrenta el reto importante de constituirse y

estructurarse formalmente como cadena, pues no hay una gestión de integración que

dé cabida a todos los agentes que están involucrados, se logra definir un modelo de

cadena constituido por siete eslabones con sus correspondientes segmentos. Los siete

eslabones corresponden a proveedores, productores, comercializadores mayoristas,

comercializadores minoristas, agroindustria, distribuidor mayorista y consumidor final


El (Ministerio de Agricultura y Desarrollo Rural, 2009) realizó un análisis sobre las

oportunidades y las limitaciones de la agroindustria de la uchuva, la cual lo enfoca a

dos productos: uchuva en salsas y uchuva deshidratada (Tabla 1.3).

Tabla 1.4. Oportunidades y limitaciones de la agroindustria de la Uchuva (Ministerio de


Oportunidad Limitación

La uchuva presenta buenas características de rendimiento y eficiencia para su procesamiento. Especies vegetales cercanas a la uchuva permiten adaptación de tecnologías para procesamiento (tomate, tomatillo). Mercado incipiente de los productos procesados en el ámbito nacional e internacional (deshidratados, mermeladas, salsas, dulces, conservas, etc.). Alternativas para incrementar el consumo nacional se basan en la promoción del producto.

La eficiencia del proceso de transformación es baja por la tecnología usada. Falta investigación sobre las propiedades de la fruta para que sea posible posicionar el producto como nutraceútico o alimento funcional. Falta de estudios que indiquen qué características del fruto varían en el proceso de transformación. Altas exigencias a nivel de certificaciones y registros para alimentos procesados (FDA, USDA, CE2097, BPM, HCCP, orgánico nacional). Falta de infraestructura logística para la comercialización de productos procesados (empaques).


11

1.3. Objetivos y Alcances del Proyecto

OBJETIVO GENERAL:

Determinar experimentalmente y por medio de simulación matemática el

comportamiento del secado de la Uchuva (Physalis peruviana L.)

OBJETIVOS ESPECÍFICOS:

1. Determinar cuáles son los mejores pre-tratamiento para el deshidratado de Uchuva

(Physalis peruviana L.).

2. Determinar experimentalmente los parámetros del proceso de deshidratación de la

Uchuva (Physalis peruviana L.) para los pre-tratamientos establecidos, a saber:

Obtener la ecuación de velocidad de deshidratación según el modelo

seleccionado.

Obtener la ecuación de contenido de humedad en equilibrio.

Obtener la ecuación de calor latente de vaporización del agua contenida en

la uchuva.

Obtener la ecuación de calor específico para la uchuva.

3. Determinar las propiedades físico-químicas, antes de la deshidratación, y

sensoriales, después de la deshidratación, de la Uchuva (Physalis peruviana L.).

4. Implementar y validar un programa de simulación matemática del proceso de

deshidratación para la uchuva (Physalis peruviana L.), tomando como punto de

partida los parámetros de deshidratación obtenidos en el objetivo 2.

Alcances del proyecto

Las ecuaciones de los parámetros de deshidratación obtenidos, se utilizan en la

simulación matemática del proceso de deshidratación de la uchuva, con el fin de

optimizar el diseño y la operación de la maquinaria industrial utilizada en este proceso,

dando continuidad a proyectos desarrollados por los Grupos de Investigación en


12

Postcosecha adscrito al Departamento de Ingeniería Civil y Agrícola, el Grupo de

Investigación en Diseño de Máquinas GIDMAQ y el Grupo de Investigación

Agrospectiva adscritos al Departamento de Ingeniería Mecánica y Mecatrónica de la

Universidad Nacional de Colombia sede Bogotá.

Los parámetros obtenidos experimentalmente deben permitir la simulación matemática

del deshidratado de la uchuva para un secador tipo por bache o tandas, el cual será

diseñado, desarrollado y construido en un próximo proyecto de investigación, con el fin

de poder ofrecerle a los productores y empresas dedicadas a la deshidratación un

paquete tecnológico acorde a sus necesidades y potencializar la exportación de esta

fruta procesada.

2. MARCO TEÓRICO

2.1. LA UCHUVA

La uchuva (Physalis peruviana L.), que pertenece a la familia de las Solanáceas y al

género Physalis, cuenta con más de ochenta variedades que se encuentran en estado

silvestre y que se caracterizan porque sus frutos están encerrados dentro de un cáliz o

capacho (Corporación Colombia Internacional, 2002).

Según Fischer (2000), la uchuva se adapta fácilmente a una amplia gama de

condiciones agroecológicas. En Colombia, crece entre los 1.500 y los 3.000 msnm,

pero los mejores cultivos se ubican a una altura entre los 1.800 y los 2.800 msnm, con

una temperatura promedio que oscila entre los 13 y 18°C y una pluviosidad entre 1.000

y 2.000 mm anuales bien distribuidos, además, requiere de una humedad relativa

promedio de 70 a 80%. Requiere de suelos bien drenados con un pH entre 5.5 y 7.0 y

ricos en materia orgánica.

La Uchuva (Physalis peruviana L.) es la especie más conocida del género y se

caracteriza por tener un fruto azucarado con altos contenidos de vitaminas A y C,

hierro y fósforo (Corporación Colombia Internacional, 2002). Las semillas son

numerosas, reniformes, de 1,5 a 2 mm de diámetro, amarillas o de color café dorado.

Se puede consumir sola, en almíbar, postres y con otras frutas dulces. El arbusto de la

uchuva se caracteriza por ser ramificado de ramaje caído y normalmente crece hasta

un metro de altura, aunque si se estaca, poda y se le da un buen cuidado esta planta

puede llegar a los dos metros de altura. Posee flores amarillas y con forma de

campana que son fácilmente polinizadas por insectos y el viento (Zapata et al, 2002)

En la Tabla 2.1 se muestra la composición nutricional de la Uchuva (porción de 100 g).

MARCO TEÓRICO

14

Tabla 2.1. Composición nutricional de la Uchuva. (Camacho, 2004)

Factor Nutricional Contenido

Ácido ascórbico 20 mg

Calcio 9 mg

Carbohidratos 11 g

Fibra 0,4 g

Grasa 0,5 g

Niacina 0,8 mg

Riboflavina 0,17 mg

Vitamina A 1790 UI

Agua 85,9 gr

Calorías 49

Cenizas 0,7 g

Fósforo 21 mg

Hierro 1,7 mg

Proteínas 1,5 g

Tiamina 0,01 mg

El Fruto

Fischer (1995) describe el fruto de uchuva como una baya carnosa de forma ovoide o

globular, de 1,25 a 2,50 cm de diámetro y con peso entre 4 y 10 g; está cubierto por un

cáliz formado por cinco pétalos que lo protege contra insectos, pájaros, patógenos y

condiciones climáticas extremas. Según Valencia (1985), cuando los frutos tienen un

diámetro de 10 a 11 mm, el tejido glandular, ubicado en la base interior del cáliz,

produce una resina terpénica que cubre el fruto hasta su madurez; posiblemente, tiene

funciones de repelente.

Valencia (1985) y Fischer (2000) describen la piel del fruto como lisa y de color amarillo

intenso hasta amarillo-anaranjado en el grado de madurez de consumo. La estructura

interior del fruto parece la de un tomate en miniatura; sin embargo, la pulpa está

MARCO TEÓRICO

15

constituida por tejido proveniente tanto del pericarpio como de la placenta y contiene

de 100 a 300 semillas pequeñas, de forma lenticular, desprovista de hilos placentarios.

Los frutos de los diferentes ecotipos de la uchuva se diferencian por el tamaño, el color

y la forma del cáliz. Frutos maduros del ecotipo Colombia poseen mejor coloración y

mayor contenido de azucares (17,3 °Brix al día 56), mientras frutos de los ecotipos

Kenia y Sudáfrica solamente alcanzaron 15,4 °Brix y 15,0 °Brix, respectivamente, lo

cual lo hace más apetecido en el mercado (Flórez et al, 2000).

La composición química de la uchuva constituye una fuente importante de vitaminas A,

B y C; por su alto contenido de provitamina A (especialmente β-caroteno; 1.000 a 5.000

U.I. de vitamina A) se clasifica como un fruto carotenógeno. Es una fuente excelente de

vitamina C (30 mg⋅100 g-1 del fruto fresco) y del complejo vitamina B12 (Rehm y Espig,

1991). Los contenidos de fósforo, hierro y fibra también son altos, por el contrario, los

de calcio son bajos. Al fruto se le atribuyen propiedades medicinales como purificar la

sangre, disminuir la albúmina de los riñones, fortificar el nervio óptico, limpiar las

cataratas y aliviar las afecciones de garganta (Corporación Colombia Internacional,

2002).

Los frutos de uchuva son ricos en azúcares (11 a 20 g de carbohidratos digeribles en

100 g de peso fresco); los frutos maduros contienen entre 13 y 15 °Brix y los frutos

pintones entre 9 y 13 °Brix. Igualmente almacenan un buen contenido de ácidos (1,6 a

2,0% de acidez en frutos maduros). El mayor porcentaje de azúcares lo constituye la

sacarosa, con un contenido de unas 2,5 veces mayor que el de glucosa y fructosa

(Fischer et al, 1997).

Maduración del fruto

La maduración corresponde a la fase final del crecimiento y desarrollo del fruto, en la

cual se presenta una serie de cambios, generalmente coordinados, que llevan a la

senescencia. En este proceso se producen cambios tanto de síntesis como de

degradación (Kays, 1997).

MARCO TEÓRICO

16

En algunos frutos, el inicio de la maduración se acompaña por un aumento en la

intensidad respiratoria y en la producción de etileno, el cual llega a su valor máximo

cuando el fruto está completamente maduro, es decir, cuando ha alcanzado su

madurez de consumo; a partir de ese momento su intensidad respiratoria disminuye y

corresponde al periodo de senescencia. Los frutos que presentan este comportamiento

se denominan climatéricos; los frutos no climatéricos no presentan aumento de la

respiración (Kays, 1997; Wills et al, 1998).

Algunos autores reportan que el fruto presenta un comportamiento climatérico

(Castañeda, 2002; Trinchero, 1999; Alvarado et al, 2004; Citados por Galvis, 2005).

Mientras que otros autores reportan que el fruto presenta un comportamiento no

climatérico (Villamizar et al, 1993; citado por Galvis, 2005).

Rodríguez (2003) (Citado por Galvis, 2005) cuestiona que la uchuva se comporte como

fruto climatérico, ya que el máximo de intensidad respiratoria, las mejores

características sensoriales y la mejor relación de madurez (sólidos solubles totales /

acidez total titulable) no coinciden entre sí, por lo tanto se clasifica como un fruto

intermedio entre un comportamiento climatérico y no climatérico. Además, anota que el

climaterio puede ser causado por el estrés de la separación del fruto de la planta o son

los tratamiento usados en la pos-recolección.

En cuanto a los cambios de color en el fruto, la cáscara y la pulpa se colorean

simultáneamente. Castañeda y Paredes (2003) (Citado por Galvis, 2005) observaron

en Granada (Cundinamarca) que el fruto presenta coloración verde-intensa durante los

primeros 35 días después de la antesis; a partir de este día comienza a cambiar hacia

color amarillo; alrededor del día 63 la corteza y la pulpa presentan coloración amarilla

característica de la madurez de consumo, como consecuencia de la degradación de la

clorofila por acción de las enzimas clorofilazas, que en medio ácido aumenta su

actividad. En el día 84 la coloración se torna naranja, lo cual indica que el fruto está

sobremaduro.

MARCO TEÓRICO

17

En la Figura 2.1 se muestra la Tabla de color del fruto y el cáliz de uchuva, basado en

la Norma Técnica Colombiana NTC 4580 de ICONTEC (1999).

Figura 2.1. Tabla de color del fruto de Uchuva, basado en la NTC 4580 de (ICONTEC, 1999)

Para fruta de exportación se debería cosechar pasando el estado 3 de la Figura 2.1. La

tendencia de los consumidores europeos parece inclinarse a frutos con cálices más

verdes que amarillos ya que para ellos es un indicador de frescura (Galvis, 2005).

2.2. AGROINDUSTRIA DE LA UCHUVA

Según Camacho y Sanabria (2005), en general se ha estudiado la uchuva ecotipo

Colombia para el desarrollo de los productos derivados conservados.

La uchuva posee características tanto físico-químicas como organolépticas que permite

obtener diversos productos transformados con elevados rendimientos. Con un peso

promedio de 4 a 5 g, un contenido promedio de pulpa cercano al 85%, al incluir la piel

puede alcanzar el 94%, sólidos solubles de la fruta esta alrededor de los 14 °Brix

MARCO TEÓRICO

18

(sólidos solubles expresados en porcentaje de sacarosa), la acidez titulable tiene un

promedio entre 1,3 y 1,8% expresado en ácido cítrico, el contenido de pectina es

intermedio respecto a otras frutas comunes, favorecen el aprovechamiento industrial.

(Camacho y Sanabria, 2005).

Según el Ministerio de Agricultura y Desarrollo Rural (2009) las presentaciones de

uchuva procesada más frecuentes en el mercado nacional son mermelada, chutney,

salsas, deshidratada, en almíbar y en el mercado internacional hay clientes que están

interesados en mermeladas, aderezos y pulpas de uchuva a granel.

En uchuvas deshidratadas se encuentran en el mercado los tipos “pasabocas” simples

y los recubiertos con chocolate (Camacho y Sanabria, 2005)

En el Instituto de Ciencia y Tecnología de Alimentos ICTA de la Universidad Nacional

de Colombia, se han estandarizado algunos procesos para la transformación de

uchuva, entre ellos la osmodeshidratación. Camacho y Sanabria (2005) la define como

la salida de agua de la fruta mediante el fenómeno de la ósmosis. Esto ocurre

espontáneamente cuando las frutas enteras se sumergen en una solución de azúcar

de elevada concentración. Esta salida parcial de agua y gases disminuye el contenido

de materia de la fruta y alivia la presión sobre la piel. Durante la inmersión también

salen solutos de la fruta, en menor cantidad que el agua y de forma simultánea entran

solutos de la solución concentrada o agente osmótico.

2.3. DESHIDRATACIÓN DE ALIMENTOS

La deshidratación de alimentos es el método más antiguo de conservación de los

productos perecederos. La utilización del sol para reducir el contenido de agua de un

producto, es el procedimiento más ancestral y menos costoso de conservación.

Diversos autores indican que en el paleolítico, hace 400.000 años, se secaban al sol

alimentos, carnes y pescados especialmente. Hoy todavía se utiliza en la

deshidratación de frutas: higos, uvas, melocotones, etc. (Vanaclocha, 2003).

MARCO TEÓRICO

19

En la actualidad existen numerosos métodos o procesos para deshidratar alimentos y

estos pueden ser evaluados desde el punto de vista de eficiencia energética, tiempo de

secado, calidad del producto terminado, entre otros, dependiendo de los

requerimientos del mercado. El equilibrio entre estos factores es requerido para

alcanzar el objetivo en los procedimientos de fabricación al tiempo que garantiza

alimentos con los estándares de calidad que pide el consumidor final (Dong Chen et al,

2008).

Con la deshidratación de un producto se consigue un incremento en las posibilidades

de conservación y una gran reducción de peso, hasta una quinta parte, cuando se trata

de raíces y tubérculos y hasta quince veces menor en vegetales de hoja. Estos son los

factores más importantes que aconsejan el uso de este proceso, puesto que además

de conseguir la conservación del alimento asegura una reducción sustancial de los

costos de almacenamiento y/o transporte (Vanaclocha, 2003).

La eliminación del agua de un alimento presenta dos problemas importantes: por una

parte, el riesgo de alteración de la calidad nutricional y sobre todo organoléptica del

producto tratado y por otra, un consumo notable de energía. La falta de selectividad de

la eliminación de agua puede producir pérdidas de aromas, más volátiles que el agua,

sobre todo si se realiza al vacío. (Vanaclocha, 2003)

Actividad de agua

La actividad de agua (aw) es la cuantificación de la cantidad de agua de un alimento,

que está o no disponible para las interacciones de hidratación, el crecimiento

microbiano y las reacciones químicas y enzimáticas (Dong Chen et al, 2008).

Esta “disponibilidad” varía de un producto a otro según su composición; algunas

estructuras retienen más agua que otras, variando incluso para un mismo producto.

Una fruta madura no se comporta de igual manera que una fruta verde (Vanaclocha,

2003)

MARCO TEÓRICO

20

Vanaclocha (2003) y Dong Chen et al (2008) definen la actividad de agua como una

relación de presión de vapor del sistema más la presión de vapor de agua pura a la

misma temperatura La forma de expresar esta “disponibilidad”, es decir el “grado de

libertad” del agua de un producto, es la relación entre la presión parcial de agua en el

alimento (p) y la presión de vapor de agua pura (p0) a la misma temperatura.

Vanaclocha (2003) expresa está relación mediante la ecuación 2.1, en la cual se define

la actividad de agua en el producto y su relación con la humedad relativa de equilibrio

(%HRE) del medio.

(Ec. 2.1)

El máximo valor de aw es 1,0. Cuando se disuelven otras sustancias en agua pura, el

valor de la aw disminuye, o cuando a un alimento se le retira parte del agua su aw

también disminuye. Si esta disminución es en un porcentaje elevado, el alimento

adquiere un valor de aw relativamente bajo y se le podrá denominar alimento de

humedad intermedia, o IMF (Vanaclocha, 2003).

La actividad del agua aw de los alimentos influye en la multiplicación y actividad

metabólica de los microorganismos (MO), como también en su resistencia y

supervivencia. En el intervalo (0.90 - 0.60) de los alimentos de humedad intermedia,

algunas bacterias, levaduras y hongos pueden multiplicarse. La mayoría de estos MO

causan daños y algunos producen toxinas. Una inhibición de los MO en los IMF no

depende solamente del aw, sino también son importantes el pH (acidez), el Eh

(potencial oxireducción), la temperatura, los conservantes y la flora competitiva.

(Camacho, 2004)

Todo producto alimenticio contiene simultáneamente varias formas de agua: agua libre,

agua débilmente ligada y agua fuertemente ligada, estas últimas están retenidas a las

moléculas de materia seca por fuerzas relativamente importantes (Camacho, 2004).

0

%

100w

p HREa

p

MARCO TEÓRICO

21

Durante el proceso de deshidratación, inicialmente se eliminan las moléculas de agua

menos ligadas, la fracción que se extrae en último lugar corresponde a las moléculas

de agua de estructura, fuertemente ligadas por uniones electrostáticas a

macromoléculas orgánicas del extracto seco. El agua libre se comporta como el agua

pura, requiere por lo tanto para evaporarse relativamente poca energía (del orden de

2.400 kJ. kg-1 de agua libre); por el contrario la evaporación del agua ligada es más

difícil y requiere más energía. Por lo tanto, la cantidad de energía necesaria para

evaporar la misma cantidad de agua aumenta durante el proceso de deshidratación el

último gramo de agua evaporada necesita más energía que el primero. (Vanaclocha,

2003).

La grafica que relaciona el contenido de humedad y la actividad de agua se conoce

como isoterma de equilibrio. En la Figura 2.2 se muestran las isotermas tipo para

almidón de yuca obtenidas por Moreno (2008).

Figura 2.2. Isoterma de equilibrio de almidón de yuca. (Moreno, 2008)

A temperatura constante y bajo condiciones de equilibrio, existe una única relación

entre el contenido de humedad y la actividad de agua (o la humedad relativa de

equilibrio) de un alimento, dependiendo de que el equilibrio se alcance por adsorción o

MARCO TEÓRICO

22

por desorción. La actividad de agua aw, disminuye al mismo tiempo que lo hace el

contenido de agua (W), la curva W=f(aw) es generalmente sigmoidal, como resultado

de varios mecanismos básicos de interacción del agua ligada. (Vanaclocha, 2003)

En muchos procesos o durante el almacenamiento de los alimentos, el equilibrio no se

alcanza, y el concepto de actividad de agua debe usarse con cautela, debido a que

solo es válido en condiciones de equilibrio. (Vanaclocha, 2003)

Aunque la actividad de agua describe el equilibrio en lugar de una propiedad cinética

de un sistema o de un producto alimenticio, sin embargo, se utiliza para evaluar el

alcance y el potencial de difusión de la humedad y el deshidratado. Este es uno de los

parámetros de frontera clave en los modelos matemáticos que representan el

comportamiento del deshidratado (Dong Chen et al, 2008).

MECANISMOS DE ELIMINACIÓN DE AGUA

La eliminación del agua de los tejidos vegetales se puede conseguir por vía mecánica

o por vía térmica.

Eliminación del agua por vía mecánica:

La eliminación de agua por vía mecánica solo permite la separación de una parte del

agua libre de los productos tratados. Ningún procedimiento mecánico permite reducir la

humedad de un producto más del 60%. Precisamente el hecho de que solo se elimine

una fracción del agua no ligada, implica un menor consumo de energía en este tipo de

procesos. Así mismo, con los procedimientos mecánicos no se elimina agua pura, sino

que se trata de una dispersión o de una solución más o menos rica en extracto seco.

(Vanaclocha, 2003)

MARCO TEÓRICO

23

Eliminación del agua por vía térmica:

En este caso se trata esencialmente de una operación de transferencia de masa, que

requiere una “activación” previa del agua por una cierta cantidad de energía aportada

por una transferencia de calor. (Vanaclocha, 2003)

Dentro de las técnicas de eliminación de agua por vía seca se tienen los métodos por

ebullición y por arrastre. En el caso del método de eliminación de agua por ebullición

se debe llevar el producto hasta una temperatura suficiente para que la presión de

vapor del agua del producto sea igual a la presión ambiente. En este caso el calor se

aporta al producto por conducción a través de una superficie caliente, por convección a

partir de vapor de agua recalentado o por el uso de radiaciones. El agua evaporada del

producto rodea la superficie del mismo en forma de una atmósfera de vapor de agua

pura. (Vanaclocha, 2003)

En el método de eliminación del agua por arrastre, la energía es aportada

generalmente por aire caliente, cuya presión parcial de agua es inferior a la presión de

vapor de agua en el producto.

Entre los procedimientos descritos el de eliminación del agua por ebullición es

energéticamente menos costoso, pero los métodos de ebullición y arrastre, son los

únicos que permiten una eliminación completa de agua sin alterar excesivamente la

calidad del producto tratado, con una excepción, la liofilización, cuyo principio se

asimila a un proceso por ebullición, el cual es el más costoso en energía y el que mejor

preserva la integridad del producto. (Vanaclocha, 2003)

Descripción del proceso de secado o deshidratación

En el proceso de secado el agua del alimento es eliminada, en mayor o menor grado, y

con ello se consigue una mayor conservación microbiológica, además de retardar

muchas reacciones indeseables (Ibarz, 2005).

MARCO TEÓRICO

24

A pesar que los términos de secado y deshidratación se usan indistintamente, no

debería ser así, ya que se considera que un alimento está deshidratado si no contiene

más de 2,5% de agua, mientras que uno seco puede contener más de 2,5% de agua

(Barbosa-Cánovas, 1996).

A excepción de la liofilización, secado osmótico y secado a vacío, la eliminación del

agua del alimento se consigue de forma mayoritaria mediante una corriente de aire

seco, que elimina el agua de la superficie del producto hacia el seno de la corriente de

aire. El proceso de secado de alimentos no sólo rebaja su contenido en agua, sino que

puede afectar otras características físicas y químicas de los mismos, como son

destrucción de nutrientes, reacciones enzimáticas y no enzimáticas, entre otras (Ibarz,

2005)

En el proceso de secado es importante conocer los mecanismos involucrados en el

movimiento del agua en el interior y exterior del alimento. Este movimiento puede ser

debido a fuerzas capilares, difusión del agua por gradientes de concentración, difusión

en la superficie, difusión del vapor de agua en los poros llenos de aire, flujo debido a

gradientes de presión y a la vaporización y condensación del agua (Ibarz,2005).

El esquema básico de deshidratación en capa delgada se muestra en la Figura 2.3.

Durante cada intervalo de tiempo, el aire pasa a través de la capa delgada, el producto

disminuye su contenido de humedad en ∆CH y el aire aumenta su razón de humedad

en ∆H debido a la remoción de la humedad. Simultáneamente, la temperatura del

producto aumenta en ∆TP y la temperatura del aire disminuye en ∆T como

consecuencia del enfriamiento evaporativo y el calentamiento del producto.

(Domínguez, 1983).

MARCO TEÓRICO

25

Figura 2.3. Esquema de deshidratación en capa delgada. (Domínguez, 1983).

Los sistemas más usuales emplean la convección como mecanismo de transferencia

de calor y el aire como vehículo de esta energía, por lo tanto la transferencia de calor

dependerá, en este caso, de la temperatura del aire, de su humedad, de su caudal, de

la superficie expuesta del alimento y de la presión (Vanaclocha, 2003).

El proceso de secado está normalmente dividido en tres fases: una fase inicial de

precalentamiento, seguido de otra de velocidad de secado constante y una o más

fases de velocidad de secado decreciente. En la Figura 2.4 se muestra la curva de

secado obtenida cuando se representa el contenido de humedad contra el tiempo de

secado (Vanaclocha, 2003).

En la Figura 2.4 se pueden distinguir las siguientes etapas:

I. Etapa de pre-calentamiento: esta etapa transcurre mientras el producto y el

agua en él contenida se calientan ligeramente, hasta alcanzar la temperatura de

bulbo húmedo. El producto a secar al principio está frío, su presión de vapor es

igualmente baja, por lo que la velocidad de transferencia de masa es muy lenta.

El gradiente de temperatura entre el aire caliente y la superficie fría del producto

CAPA DELGADA DE

PRODUCTO

Producto antes del

secado

Producto después

del secado

Aire de Salida

Temperatura: T – T

Razón de Humedad: H + H

Cont. Humedad: CH - CH

Temperatura: TP + TP Cont. Humedad: CH

Temperatura: TP

Aire de entrada

Temperatura: T

Razón de Humedad: H

MARCO TEÓRICO

26

es elevada, por lo cual la transferencia de calor es alta. La cantidad de calor

transferida a la superficie del producto es netamente superior a la cantidad de

calor arrastrada por la poca agua evaporada; existe un desequilibrio. El

excedente de calor se utiliza entonces en calentar la superficie del producto, lo

cual produce una disminución del gradiente de temperatura, que cesará cuando

se alcance el equilibrio estacionario. Este periodo es muy corto en comparación

con el tiempo total de secado. (Vanaclocha, 2003)

Figura 2.4. Curva de secado a 50°C de pulpa de cupuaçu (Theobroma grandiflorum) en rodajas

(Giraldo-Zuniga et al, 2010)

II. Etapa de velocidad constante: en esta etapa de velocidad constante durante

el cual se produce una reducción importante del contenido de agua, el agua de

imbibición se elimina con un flujo másico constante. La evaporación se efectúa

en la superficie del producto, a temperatura constante, siendo ésta la de bulbo

húmedo del aire. Durante este periodo, el flujo de calor intercambiado entre el

aire y el producto se utiliza enteramente para la evaporación del agua. Este

periodo continúa mientras que la superficie del producto esté alimentada por

MARCO TEÓRICO

27

agua libre líquida desde el interior, fundamentalmente por capilaridad. En la

mayoría de los casos esta etapa de velocidad de secado constante finalizará

cuando el contenido medio de humedad del producto alcance el valor de la

humedad crítica. Por lo tanto, en la curva de secado este periodo se deberá

ajustar a una recta (la humedad crítica coincide con el punto en que la recta

ajustada se separa de la curva de secado) (Figura 2.5).

Figura 2.5. Etapa de velocidad de secado constante. Pulpa de cupuaçu (Theobroma

grandiflorum) en rodajas a 50°C (Giraldo-Zuniga et al, 2010)

La humedad crítica no es una propiedad del alimento, sino que depende del tamaño de

partícula y de las condiciones del aire de secado. En el periodo de velocidad constante,

el principal mecanismo de transporte de masa es el flujo capilar de agua líquida,

aunque puede existir alguna difusión de líquido. El mecanismo interno de flujo de la

humedad no afecta a la velocidad de secado en este periodo, es el entorno secante, el

aire, el que impone la velocidad de secado, que se incrementa al hacerlo la

temperatura (Figura 2.6). Lo mismo ocurre con la velocidad del aire de secado, cuanto

mayor es ésta mayor es la velocidad del secado (Figura 2.7). (Vanaclocha, 2003)

MARCO TEÓRICO

28

Figura 2.6. Influencia de la temperatura en la velocidad de secado. Curvas de secado de

pimiento rojo a diferentes temperaturas (Vega et al, 2005)

Figura 2.7: Influencia de la velocidad del aire en la velocidad de secado. Cinética del secado de

Lúcuma (Barrera et al, 2009).

MARCO TEÓRICO

29

III. Etapa I de velocidad decreciente: comienza cuando la superficie del producto

en contacto con el aire de secado alcanza el umbral de higroscopicidad (para

los materiales higroscópicos). Desde el punto de vista macroscópico, esto

corresponde a alcanzar la humedad crítica. La zona de evaporación o “frente de

secado” que se encontraba en la superficie, se desplaza hacia el interior del

producto. La brusca reducción de la superficie efectiva de transferencia, debida

a una alimentación insuficiente de agua libre, es la causa de la disminución de

la velocidad de secado. La migración del agua del interior del producto hacia su

superficie es cada vez más difícil y como consecuencia la transferencia de

masa se convierte en el factor limitante. Los depósitos de solutos obstruyen los

poros, el agua ligada migra bajo forma de vapor y la distancia a recorrer por el

frente de vapor es cada vez mayor; todos estos factores frenan rápidamente la

transferencia interna de agua. En el primer periodo de velocidad decreciente, el

mecanismo de transporte de masa que predomina es la difusión de vapor,

desde la zona de evaporación hasta la superficie del producto. (Vanaclocha,

2003).

IV. Etapa II de velocidad decreciente, o periodo de velocidad final. Este periodo

sólo existe para los materiales higroscópicos. El flujo másico se reduce más

rápidamente que en el periodo anterior. En este periodo, el conjunto del

producto está en el dominio de la higroscopía. En el alimento no queda más

que agua ligada que se evacua muy lentamente (difusión-sorción). Esta fase se

termina cuando el producto alcanza su humedad de equilibrio, que depende

como es lógico, de las condiciones del aire de secado. (Vanaclocha, 2003).

Los periodos de velocidad decreciente se aprecian claramente si se representa la

velocidad de secado (dx/dt: variación de la humedad con respecto del tiempo) contra la

humedad por encima del equilibrio (Figura 2.8). En dicha gráfica puede verse el tramo

horizontal correspondiente a la velocidad constante y los tramos de velocidad

decreciente. La humedad crítica coincide con el punto de intersección de la recta de

velocidad constante con la del primer tramo de velocidad decreciente.

MARCO TEÓRICO

30

Figura 2.8. Periodos de velocidad decreciente para pulpa de Lúcuma a 60°C y tres velocidades

de aire (Barrera et al, 2009).

2.3.1. Línea de proceso para la deshidratación de frutas.

Para la obtención de frutas deshidratadas el proceso que se emplea se describe en la

Figura 2.9.

La fruta se recibe en la planta de transformación y se realiza el pesado

correspondiente, para luego seleccionar la que va a entrar al proceso. En este parte del

proceso se realizan los rechazos correspondientes. El siguiente paso en la línea de

proceso es el lavado y la desinfección de la fruta con abundante agua y desinfectante,

generalmente se utiliza hipoclorito a 80 ppm.

Si la piel es muy gruesa y poco permeable no permite una deshidratación rápida. En

este caso se puede retirar la cáscara o aplicarle un tratamiento de permeabilización,

que puede ser térmico o químico. Dentro del proceso térmico se tiene el escaldado con

agua o con vapor. El tratamiento de permeabilización puede consistir en disolver la

película de cera con una sustancia apropiada o someter la fruta a un tratamiento de

MARCO TEÓRICO

31

escaldado, es decir mediante la acción de calor durante un tiempo de 1 a 3 minutos. El

escaldado disminuye la selectividad de las paredes de las células, con lo que se

acelera la deshidratación. (Camacho, 2004).

Figura 2.9. Descripción del proceso de deshidratado. (Meyer, 2004)

Después de este proceso se cargan las bandejas para pasar al proceso de secado.

Las condiciones en este proceso dependen del tipo de fruta, de la forma, entre otros

factores.

MARCO TEÓRICO

32

La última parte de la línea de proceso es el enfriamiento, clasificado y envasado del

producto para consumo final.

2.3.2. Clasificación de los sistemas de secado

La clasificación de los sistemas de secado se encuentra en la Tabla 2.2.

Tabla 2.2. Clasificación de los sistemas de secado.

CRITERIOS DE

CLASIFICACIÓN SISTEMAS DE SECADO

Condiciones

Externas

Secado Natural: El producto es expuesto a rayos solares y el aire que circula naturalmente es el agente de secado. Secado Artificial: Secado mecánico en el cual las condiciones de temperatura, velocidad y humedad del aire son controladas por el equipo.

Modo de Aporte

de Calor

Secado Directo: Se produce por contacto directo entre el aire de secado y el producto. La transferencia de calor y masa se produce entre el aire y el sólido. Puede ser que los gases de combustión entren o no en contacto directo con el producto a secar; se debe utilizar un intercambiador de calor si la calidad del producto no permite que éste entre en contacto con los gases de combustión.

Secado Indirecto: No se utiliza agente de secado. La trasmisión de calor es por conducción y generalmente el equipo opera a vacío para la extracción de la humedad. Secado Infrarrojo: La humedad se evapora por transmisión de energía radiante. No es común en operaciones poscosecha. Secado Dieléctrico: La humedad se evapora por el calor desarrollado por corrientes internas producidas en un campo alterno de alta frecuencia. No es común en operaciones poscosecha.

Movimiento de

las Partículas

Sólidas

Estático: No existe movimiento relativo entre las partículas sólidas que se están secando. Dinámico: Se presenta movimiento de los sólidos causado por agitación mecánica, o por la fuerza de gravedad. Lecho Fluidizado: Las fases sólida y gaseosa se mueven juntas mediante fuerzas de arrastre provocadas por la fase gaseosa.

Modo de

contacto gas-

sólido

Flujo paralelo: La dirección del flujo es paralela a la superficie del sólido. Flujo transversal: El aire penetra y atraviesa un lecho fijo de sólidos que generalmente son partículados. Flujo en contracorriente: El flujo de aire atraviesa el producto en dirección opuesta al flujo principal.

Lecho fluido: Existe mayor contacto sólido-gas debido a la fluidización de las partículas sólidas suspendidas en el aire.

Fuentes: Varios autores citados por Moreno (2008)

MARCO TEÓRICO

33

Otra clasificación de los diferentes sistemas de secado se presenta en la figura 2.10

(Baker, 1997):

Figura 2.10. Clasificación de los sistemas de secado. (Baker, 1997)

En la Figura 2.11 se muestra la clasificación de los sistemas de secado dado por

Araya-Farias et al (2009). Esta clasificación está dada por el modo de transferencia de

calor.

MARCO TEÓRICO

34

Figura 2.11. Clasificación de los sistemas de secado por el modo de transferencia de calor.

(Araya-Farias et al, 2009)

2.3.3. Variables físicas que influyen en el potencial de secado

El Potencial de secado es la capacidad que tiene el aire de evaporar el agua de la

masa del sólido a secar. (Ospina, 2001). Este potencial es referido a la cantidad de

humedad que se puede retirar del producto y también a la velocidad con la cual se

retira está humedad. La transferencia de masa entre el sólido y el aire que circula,

estará determinada por la velocidad, temperatura y humedad del aire, el área de

contacto, el espesor del sólido o su tamaño, entre otros factores. Las variables que

influyen en la cinética de secado se pueden diferenciar entre variables externas,

referentes al aire, e internas, referentes al sólido. (Moreno, 2008)

Tipos de Secadores

Modos de transferencia de calor

Convección

Rápido

Atomización

Lecho fluidizado

De gabinete

De tunel

Rotatorio

Secador de lecho fijo con chorro

Conducción

De tambor

Por agitación

Rotarorio

De bandejas

Radiación

Infrarojo de estante

Secado solar

Dieléctrico

De horno microonda

Microonda de tunel

De radio-frecuencia

Métodos Combinados

Convectido de microonda

Rotatorio de microonda

Convectivo infrarojo

De radio-frecuencia por calor asistido por bomba

MARCO TEÓRICO

35

2.3.3.1. Variables externas

Estas variables no son propias del producto.

Flujo de aire:

Para el caso del secado directo de un material granular el aire puede circular en flujo

paralelo, transversal o en lecho fluidizado, tal como se muestra en la figura 2.11.

(Perry, 1994)

Tanto la transferencia de calor como la transferencia de masa, son incrementadas si el

área de contacto entre el sólido y el gas es mayor. El secado en flujo paralelo presenta

menor área de contacto y por consiguiente menor velocidad de secado, pero los

consumos de potencia de ventilación son menores que en los otros dos sistemas. Por

el contrario el flujo transversal o el fluidizado incrementan el área superficial y

disminuyen el tiempo de secado, pero a costo de un mayor consumo de potencia de

ventilación. (Moreno, 2008)

Figura 2.12. Tipos de Flujo de aire. (a) Flujo de aire paralelo al producto, (b) Flujo de aire

perpendicular al producto (c) lecho fluidizado. (Perry, 1994)

Velocidad del aire (v):

Es la velocidad lineal de aire en circulación sobre el sólido a secar. A mayor velocidad

el tiempo de secado es menor, pero el consumo de potencia de ventilación aumenta.

(Moreno, 2008)

a b c

MARCO TEÓRICO

36

Temperatura de bulbo seco (Tbs):

Temperatura del aire que normalmente se determina por medio de la inmersión de un

termómetro al aire. (Mujumdar, 2007)

Temperatura de bulbo húmedo (Tbh):

Es la temperatura indicada por un termómetro cuyo bulbo es cubierto por una mecha

húmeda. Esta temperatura es muy cercana a la temperatura de bulbo húmedo

termodinámica, que es la temperatura alcanzada por el aire húmedo y el agua si el aire

es saturado adiabáticamente por la evaporación del agua. (Brooker, 1992).

2.3.3.2. Variables Internas

Estas variables están asociadas al producto.

Contenido de humedad

Es el contenido de humedad de un sólido o solución y se expresa como contenido de

humedad en base húmeda (CHbh) o como contenido de humedad en base seca

(CHbs). El contenido de humedad en base húmeda se describe en función del

porcentaje en peso de humedad y se expresa como kg de humedad por kg de sólido

húmedo, expresados en porcentaje. (Treybal, 1988)

El contenido de humedad en base seca (CHbs) se expresa como kg de humedad por

kg de sólido seco expresado en porcentaje de humedad. (Treybal, 1988). La ecuación

2.2 expresa la relación que hay entre Contenido de humedad en base seca y contenido

de humedad en base húmeda.

*100100

CHbhCHbs

CHbh

(Ec. 2.2)

MARCO TEÓRICO

37

Porosidad del sólido o del lecho:

La porosidad extra granular, se refiere a la porosidad del lecho de partículas, es decir

los espacios vacíos entre gránulos y depende del tamaño de partícula y su esfericidad.

Las formas esféricas se acomodan mejor dentro del lecho disminuyendo la porosidad.

Por esta razón puede suponerse una mayor porosidad del lecho teniendo cilindros y no

esferas. La porosidad intra granular se refiere a cada partícula individual. (Carr, 1969).

Geometría del producto a deshidratar:

La geometría del producto a deshidratar tiene gran importancia, ya que para un tamaño

grande de partícula se tiene mayor dificultad de la difusión de la humedad dentro de la

misma y por ende menor velocidad de secado. Sin embargo, hay que tener en cuenta

que la geometría, el tamaño y la forma de la partícula define la esfericidad y por

consiguiente la porosidad del material a secar. (Moreno, 2008)

2.4. SIMULACIÓN MATEMÁTICA DEL PROCESO DE DESHIDRATACIÓN

El secado o deshidratación es un proceso simultáneo de transferencia de calor y de

masa. (Villamizar & Hernández, 1986). El calor es necesario para evaporar la

humedad, la cual es removida de la superficie del producto por medio de un agente

secador externo generalmente aire.

Los modelos de simulación datan de 1967 y los primeros trabajos fueron hechos en

Estados Unidos e Inglaterra, teniendo en cuenta las ecuaciones básicas de

transferencia de masa. (Villamizar & Hernández, 1986).

Este proceso es deterministico, razón por la cual se puede simular matemáticamente

mediante el uso de modelos adecuados que permitan predecir el comportamiento de

las variables físicas relacionadas en esta operación. La simulación matemática resulta

ser una herramienta muy útil en el diseño de secadores, pues mediante ella es posible

MARCO TEÓRICO

38

definir las condiciones óptimas de operación de una forma sencilla y económica. El

primer paso en la simulación del secado, es disponer o generar un modelo matemático

que permita establecer los principales parámetros que intervienen en el secado.

(Moreno, 2008)

Realizar una simulación matemática para un proceso de secado trae como ventajas

disminuir costos y ganar tiempo cuando se trata de diseñar sistemas de secado,

comparado con la realización experimental del proceso físico. (Valderrama, 1991)

2.4.1. Modelos Matemáticos

Para el Modelamiento matemático del proceso de deshidratación existen diferentes

modelos matemáticos, algunos de ellos son modelos empíricos y otros basados en

ecuaciones teóricas de transferencia de calor y de masa. Estos modelos requieren

métodos numéricos avanzados para su solución. Los modelos semi-empíricos se

basan en ecuaciones teóricas del secado y mediante métodos experimentales se

correlacionan los parámetros de las ecuaciones para diferentes productos a secar.

(Moreno, 2008)

Son muchos los estudios que se han realizado sobre el modelamiento del secado de

productos agrícolas (Moreno, 2008). Roa (1974) desarrolló un modelo para el secado

natural de trozos de yuca, el cual se ajusta muy bien a los resultados experimentales

estudiados por (Moreno, 2008), para el caso de pellets de almidon de yuca. El modelo

de Thompson (1968) es un modelo semiempirico, que fue desarrollado originalmente

para simular el secado de maíz desgranado (Parra-Coronado et al., 2008). Bakker-

Arkema et al. (1974), generaron un modelo teórico de no equilibrio basado en

ecuaciones de transferencia de calor y masa también para secado en capa delgada,

conocido como modelo MSU (Michigan State University) (Parra-Coronado et al., 2008).

Para el proceso de deshidratación de uchuva no se encuentran trabajos en los cuales

se determinen los parámetros requeridos para el proceso de simulación.

MARCO TEÓRICO

39

2.4.1.1. Modelo de Thompson

El modelo de Thompson (1968) es un modelo semiempirico, que fue desarrollado

originalmente para simular el secado de maíz desgranado. En este modelo se

considera la capa gruesa de granos, como constituida de capas delgadas de 2,5 cm.

de espesor por capa, colocadas unas sobre otras. El enfoque básico para la simulación

consiste en calcular el secado en una capa delgada de grano por medio de balances

de calor y masa (modelo de equilibrio), y por medio de un proceso iterativo, aumentar

varias capas delgadas para formar la capa gruesa de dimensiones iguales a las reales

del secador. El secado de una capa delgada puede representarse por medio de

ecuaciones (ecuación de secado en capa delgada), considerando los cambios de

energía y humedad del grano y del aire. (Parra-Coronado et al., 2008)

El modelo predice el secado final de la capa de grano mediante el uso de la ecuación

de secado en capa delgada, para lo cual se deben considerar las condiciones iniciales

del aire y del grano. El balance de calor se completa al predecir las condiciones finales

del aire y del grano. El modelo es flexible y permite integrar en él todas las variables y

parámetros necesarios para expresar en ecuaciones el proceso de secado. El modelo

completo es especialmente útil para el estudio de los diferentes sistemas de secado y

para el diseño de equipos. (Parra, 2008)

2.4.1.2. Modelo MSU

El modelo MSU, desarrollado por Bakker-Arkema et al. (1974), es un modelo teórico de

no-equilibrio que se basa estrictamente en las leyes de transferencia de calor y de

masa. El modelo MSU tiene el mismo enfoque básico que el modelo de Thompson;

calcula las condiciones del aire y del grano en cada incremento de tiempo y espesor de

capa realizando cuatro balances:

Balance para la entalpía del aire

Balance para la humedad del aire

MARCO TEÓRICO

40

Balance para la entalpía del grano

Balance para la humedad del grano

Estos balances originan ecuaciones diferenciales parciales que se resuelven

simultáneamente por integración numérica, usando diferencias finitas, a partir de

condiciones iniciales y de frontera (Bakker-Arkema et al., 1974). Con éste modelo se

puede simular el funcionamiento de secadores estacionarios, de flujo cruzado, de flujos

concurrentes y en contracorriente. (Parra, 2008)

2.4.1.3. Modelo de Roa

Roa (1974) desarrolló un modelo matemático semi-empírico para predecir el secado

natural de trozos de yuca. El modelo permite evaluar el efecto de las variables que

afectan el secado natural, mediante una ecuación que determina la variación del

contenido de humedad del producto por unidad de tiempo. Esta ecuación llamada

ecuación de secado, explicita la variación del contenido de humedad por unidad de

tiempo, en función de variables como la temperatura, velocidad y humedad del aire, el

contenido de humedad en equilibrio del producto, la densidad de carga y variables

geométricas propias del producto a secar. Adicionalmente el modelo propone la

obtención de las ecuaciones para la predicción del contenido de humedad en equilibrio.

(Moreno, 2008).

2.4.1.4. Otros Modelos

(Wang, 2007) reporta varios modelos matemáticos usados para generar las curvas de

secado de productos agrícolas. Estos modelos están basados en la Ley de Fick los

cuales se describen en la Tabla 2.3.

MARCO TEÓRICO

41

Tabla 2.3. Modelos matemáticos de varios autores para la obtención de las curvas de secado.

(Wang, 2007)

No. Nombre del Modelo Modelo Referencias

1 Lewis ( )MR exp kt (Bruce, 1985)

2 Page ( )nMR exp kt (Page, 1949)

3 Page modificado ( )nMR exp kt (White, 1981)

4 Henderson y Pabis ( )MR a exp kt (Henderson, 1961)

5 Logarítmico ( )MR a exp kt c (Togrul & Labuza, 2002)

6 Modelo de dos

términos 0 1( ) ( )MR a exp k t b exp k t

(Henderson & Pabis,

1974)

7 Aproximación de

difusión

* * *( ) (1 ) ( )MR a exp kt a exp k a t (Yaldiz, 2001)

8 Wang y Shing 21MR at bt (Wang & Singh, 1978)

9 Difusión de Fick 2( ( / ))MR a exp c t L (Diamante & Munro,

1991)

10 Page modificado II 2( ( / ) )nMR exp c t L (Diamante & Munro,

1991)

En estos modelos, MR representa la relación de humedad adimensional, es decir, MR

= (M - Me) / (M0 - Meq), donde M es el contenido de humedad del producto en cada

momento, M0 es el contenido inicial de humedad el producto y Meq es el contenido de

humedad de equilibrio. (Wang, 2007)

2.4.2. Selección del Modelo

Para la simulación matemática del deshidratado de la uchuva el mejor modelo que se

ajusta a los requerimientos es el modelo de Roa, por las siguientes razones:

MARCO TEÓRICO

42

Primero. El modelo de Roa permite obtener el cambio de humedad por unidad de

tiempo, lo cual es útil para simular el secado continuo de una sola capa de material

(Moreno, 2008).

Segundo. El modelo de Roa explicita la pérdida de humedad en función de las

variables externas e internas que afectan el secado, como la velocidad, la

temperatura y la humedad del aire, así como de la carga de material a secar, es

decir, el espesor de capa a utilizar. Con estos parámetros se puede determinar las

condiciones de operación adecuadas en el diseño de secadores (Moreno, 2008).

Y tercero. El modelo de Roa demostró una adecuada predicción de las condiciones

experimentales para el secado de pellets de almidón de yuca (Moreno, 2008) por lo

cual se puede esperar comportamientos similares para esta fruta, variando

únicamente las constantes de las ecuaciones.

El modelo de Roa utiliza cuatro ecuaciones para la simulación matemática del secado,

las cuales se describen a continuación.

2.4.3. Parámetros para el Modelamiento matemático del secado

Debido a que el modelo matemático seleccionado es el modelo semi-empírico de Roa,

se requieren determinar los siguientes parámetros relacionados con el producto:

1. Ecuación de contenido de humedad en equilibrio.

2. Ecuación de calor especifico.

3. Ecuación de velocidad de secado.

4. Ecuación del calor latente de vaporización del agua contenida en el producto.

2.4.3.1. Ecuación de Contenido de Humedad en Equilibrio (CHeq)

El Contenido de Humedad en Equilibrio (CHeq) se define como el Contenido de

Humedad (CH) (en base húmeda o base seca) que alcanza el producto cuando se

expone por un tiempo prolongado a unas condiciones específicas de temperatura y

humedad relativa del aire. El CHeq es también llamado como equilibrio higroscópico.

MARCO TEÓRICO

43

(Ospina, 2001). También se define como el CH al cual la presión de vapor del agua

(Pv) contenida en el producto está en equilibrio con la Pv del ambiente circundante.

(Brooker, 1992).

La importancia de conocer el CHeq son aplicaciones que tiene en el secado,

almacenamiento, procesamiento y manejo de productos agrícolas. Durante el proceso

de secado se puede calcular la variación del Contenido de Humedad a medida que

avanza el proceso, así como conocer cuál puede ser el contenido de humedad final del

producto si se deja secar hasta cuando entre en equilibrio con las condiciones del aire

de secado.

Con base a las variaciones de las condiciones de temperatura y humedad del aire, en

contacto con los productos almacenados, se puede simular cual puede ser la variación

del contenido de humedad del producto. (Ospina, 2001).

Los valores de humedad de equilibrio también son importantes para el cálculo del calor

latente de vaporización (o entalpia) del agua de los productos biológicos, en los

procesos de secado.

Los factores que influyen en el CHeq son (Ospina, 2001):

Humedad relativa del aire.

Temperatura del aire.

Tipo de producto.

Madurez fisiológica y la historia del producto.

La manera en que se obtiene el equilibrio.

Al graficar el CHeq de un producto en función de la HR del aire para una misma

temperatura, se obtienen unas curvas denominadas isotermas, las cuales,

dependiendo como se alcance el equilibrio, pueden ser de absorción o desorción, las

cuales son diferentes a causa de un fenómeno conocido como histéresis. (Ospina,

2001). En la Figura 2.12 se puede observar una curva isoterma típica.

MARCO TEÓRICO

44

Figura 2.13. Isotermas de adsorción y desorción. Representación del fenómeno de histéresis.

(Ospina, 2001).

Dada la importancia que tienen los datos de contenido de humedad de equilibrio, se

han obtenido ecuaciones o modelos empíricos en función de la temperatura y la

humedad relativa del aire que está en contacto con el producto.

La ecuación de Henderson – Thompson (ecuación 2.3) se desarrolló a partir de la

ecuación de Henderson, la cual está basada en la Ley de Gibbs. (Ospina, 2001)

3

1

1 2

1 aLn HRMeq

a T a T

(Ec. 2.3).

Donde:

HR: Humedad Relativa del aire (decimal).

Temperatura (°C).

Meq: Contenido de Humedad de Equilibrio (b.s.)

a1, a2 y a3: Constantes del producto.

En la Tabla 2-4 se muestran las constantes de la ecuación de Henderson – Thompson

para diversos productos agrícolas.

MARCO TEÓRICO

45

Tabla 2.4. Parámetros de la Ecuación de Humedad de Equilibrio de Herderson – Thompson

para diferentes productos Tropicales. Fuente: ASAE. Yearbook 1996. Otros Investigadores.

(Citado por Ospina, 2001) y (Rahman, 2009).

Producto a1 a2 a3 Autor

Arroz 0,0000192 51,161 2,4451 Ospina, 2001

Café -0,0000023 -29695,700 2,0543 Ospina, 2001

Cebada 0,0000229 195,267 2,0123 Ospina, 2001

Fríjol 0,0000208 254,230 1,8812 Ospina, 2001

Maíz 0,0000865 49,810 1,8634 Ospina, 2001

Maní 0,0006504 50,561 1,4984 Ospina, 2001

Nueces 1,7678400 30,808 2,0699 Ospina, 2001

Sorgo 0,0000085 113,725 2,4757 Ospina, 2001

Soya 0,0003052 134,136 1,2110 Ospina, 2001

Trigo 0,0002773 70,318 2,2110 Ospina, 2001

Yuca (trozos) 0,2891800 64,355 1,7267 Ospina, 2001

Caupí o frijol

castilla

0,0000569 72,1 2,06 Rahman, 2009

Maíz tierno 0,0000644 22,150 2,0855 Rahman, 2009

Avena 0,0000855 37,811 2,0087 Rahman, 2009

Harina de semilla

de calabaza

0,0000128 2,0713 2,433 Rahman, 2009

Arroz integral 0,0000323 34,267 2,2482 Rahman, 2009

Fríjol alado 0,000164 0 1,277 Rahman, 2009

Roa (1974) desarrolló una ecuación empírica con nueve parámetros, los cuales pueden

visualizarse en la Tabla 2.5. Estos parámetros fueron obtenidos mediante regresión no

lineal. Esta ecuación relaciona la temperatura, la humedad relativa del aire y la

humedad de equilibrio del producto y se expresa mediante la ecuación 2.4. (Roa-

Coronado et al., 1974).

2 3 2 3 4

1 2 3 0 1 2 3 4 5( )exp(( ) ( ))Meq p HR p HR p HR q q HR q HR q HR q HR T q

(Ec. 2.4).

En donde:


T: Temperatura del aire (°C).

MARCO TEÓRICO

46

Meq: Contenido de Humedad de Equilibrio (decimal b.s.)

p1, p2, p3, q1, q2, q3, q4 y q5: Constantes para cada producto.

Tabla 2.5. Parámetros de la Ecuación de ROA para el Contenido de Humedad de equilibrio de

Diferentes Productos. Fuente (Roa y Rossi 1980; Citado por Ospina, 2001), (Moreno, 2008)

Producto p1 p2 p3 q0 q1 q2 q3 q4 q5

Ajonjolí 1,08165 -2,6337 1,9220 -0,0312 0,06493 -0,1524 0,30414 -0,2140 34,508

Arroz 1,31680 -2,3363 1,72367 -0,0038 -0,0183 0,00339 -0,03157 0,0096 97,4

Café 61,0108 -108,37 74,4611 0,000 -0,0370 0,07011 -0,35177 0,00 0,00

Fríjol 0,89290 0,63649 -1,0925 0,000 -0,0221 0,03943 -0,03566 0,0179 273,0

Maíz 0,469448 -0,7001 0,45231 -0,0073 -0,0443 0,1398 -0,15927 0,0634 -26,2

Sorgo 1,0461 -1,8456 1,0982 -0,0024 -0,0168 0,05307 -0,05512 0,0193 143,73

Soya 3,6261 -6,2798 3,1612 -0,0053 -0,0156 0,031778 -0,01118 0,00 273,0

Trigo 2,4865 -5,0274 2,9687 -0,0068 -0,0312 0,086015 -0,05878 0,0060 125,08

Yuca 0,44490 -0,2453 0,07280 -0,0042 -0,0176 0,0355 -0,06890 0,0625 9,9

Almidón de

yuca

727,44 559,9 475,64 -0,0143 -0,0716 0,0132 0,0157 0,0931 81,64

Determinación del Contenido de Humedad de Equilibrio:

Para determinar el Contenido de Humedad de Equilibrio existen dos métodos: El

método estático y el método dinámico.

1. Método Estático:

En este método el producto alcanza la humedad de equilibrio sin movimiento de aire.

Se mantiene la presión de vapor del aire constante utilizando sales o soluciones

diluidas de ácidos dentro de recipientes herméticos donde se coloca una muestra de

producto y cámaras de control de temperatura, de tal forma que la presión de vapor del

agua contenida en el producto iguala la presión de vapor del aire sin la ayuda de

agitación mecánica. La dificultad de este método, es la duración para alcanzar el

equilibrio, que puede ser de una semana o algunos meses, donde el producto puede

infestarse de hongos o microorganismos, especialmente cuando el ambiente

proporciona humedades relativas mayores a 80% (Chaparro, 2003)

MARCO TEÓRICO

47

2. Método Dinámico:

En este método se hace pasar una corriente de aire con humedad relativa y

temperatura controladas a través de la muestra del producto, utilizando medios

mecánicos que permitan pulverizar gotas de agua o vaporizarlas, así como calentarlas

o enfriarlas. (Ospina, 2001).

2.4.3.2. Ecuación de Calor Específico

El calor específico se define como la capacidad calorífica del cuerpo por unidad de

masa del mismo. (Villamizar & Hernández, 1986). También se define como la cantidad

de calor, expresada en kilocalorías necesarias para aumentar la temperatura de un

kilogramo de producto en un grado centígrado (Kcal kg-1 °C-1). (Valderrama, 1991). El

calor especifico depende de la composición del producto y de la temperatura a la cual

se encuentre (Mohsenin, 1980).

Para predecir el calor específico de productos agrícolas existen varios modelos

matemáticos. Moreno (2008) presenta algunas ecuaciones de utilidad para predecirlo,

así como valores reportados para almidón (Tabla 2.6)

Tabla 2.6. Referencias para el cálculo del calor específico del almidón. (Moreno, 2008).

Ecuación Variables Referencia

1 10,2 0,0008 ( )Cp M BTU lb F M= Humedad del

producto %

Siebel, 1892

1 10,4 0,006 ( )Cp M BTU lb F M= Humedad del

producto %

Dickerson, 1969

1 1

0,34 0,37 0,4 0,2

1,0 ( )

Cp Xc Xp Xf Xa

Xm M BTU lb F

Xf=Fracción de grasas

Xp=Fracción de proteínas

Xc=Fracción de

carbohidratos

Xa=Fracción de cenizas

Xm=Fracción de agua

Cahrm, 1971

1 1

0,453 2,89 3 0,4144

( ) .

Cp E T M

J kg K Para almidón de maíz

T= Temperatura (°C)

M= Humedad

Irudayaraj, 1999

1 10,32( )Cp cal g C Para almidón de maíz Husker, 2004

MARCO TEÓRICO

48

Algunos autores reportan el Calor Específico para diferentes productos agrícolas en

función del contenido de humedad del producto (Tabla 2.7).

Tabla 2.7. Calores Específicos para algunos productos agrícolas. Varios autores mostrados en

la Tabla.

Producto Ecuación1 Fuente

Maíz 0,35 0,00851 . .Cp M b s Acogranos

Trigo

0,0283 0,007241 . .Cp M b s Acogranos

Yuca

(0,4 0,006 . .)(1 . .)Cp M b s M b h

Acogranos

Pellets de Almidón de

yuca

0,014 0,005 0,965Cp M T (Moreno, 2008)

Café pergamino

1,3556 5,7859 . .Cp M b s (Parra-Coronado et al., 2008))

Arroz sin pulir

0,265 0,107 . .Cp M b s (Villamizar & Hernández,

1986)

Avena

0,305 0,0078 . .Cp M b s (Villamizar & Hernández,

1986)

Manzana Golden

3360 7,5Cp T

(Ramaswamy y Tung, 1981)

(Citado por Rahman 2009)

Habichuela 1430 27,57 % . .Cp M b h

(Niesteruk, 1996) (Citado por

Rahman, 2009)

Remolacha 1401 27,86 % . .Cp M b h


Rahman, 2009)

Col 1402 27,85 % . .Cp M b h


Rahman, 2009)

Zanahoria 1373 28,14 % . .Cp M b h


Rahman, 2009)

Apio 1401 27,86 % . .Cp M b h


Rahman, 2009)

Pepino 1385 28,02 % . .Cp M b h


Rahman, 2009)

Lechuga 1342 28,45 % . .Cp M b h


Rahman, 2009)

Cebolla de bulbo 1396 27,91 % . .Cp M b h


Rahman, 2009)

1 M b.s.: Humedad en base seca (decimal), M b.h.: Humedad en base húmeda (b.h. %), Cp: Calor

específico (KJ kg-1

K-1

).

MARCO TEÓRICO

49

Perejil 1373 28,14 % . .Cp M b h (Niesteruk, 1996) (Citado por

Rahman, 2009)

Arveja 1430 27,57 % . .Cp M b h (Niesteruk, 1996) (Citado por

Rahman, 2009)

Papa 1381 28,06 % . .Cp M b h (Niesteruk, 1996) (Citado por

Rahman, 2009)

Calabaza 1385 28,02 % . .Cp M b h (Niesteruk, 1996) (Citado por

Rahman, 2009)

Espinaca 1342 28,45 % . .Cp M b h (Niesteruk, 1996) (Citado por

Rahman, 2009)

Nabo 1388 27,99 % . .Cp M b h


Rahman, 2009)

Sandía 1385 28,02 % . .Cp M b h


Rahman, 2009)

Centeno 1242 52 % . .Cp M b h

(Otten y Samaan, 1980)

(Citado por Rahman, 2009)

Para uchuva no se reporta ningún dato de ecuación de calor específico.

Métodos para el Cálculo del Calor Específico:

Para el cálculo del calor específico existen varios métodos. A continuación se

describen los principales.

1. Método de las mezclas: Este método consiste en colocar la muestra, cuya

temperatura y masa sean ya conocidas, dentro de un calorímetro, el cual contiene

agua cuyo calor específico ya ha sido determinado, al igual que su temperatura y

su peso. El calor específico desconocido es calculado de la ecuación de balance de

calor, entre el calor ganado o perdido por el conjunto agua – calorímetro, y el calor

ganado o perdido por la muestra. (Villamizar & Hernández, 1986).

2. Método de la placa aislada: Consiste en introducir en una cámara aislada la

muestra en estudio y calentarla eléctricamente por un tiempo determinado. Se

determina el incremento en la temperatura del sólido y el calor ganado por la

muestra se mide con el voltaje y la corriente empleados. (Moreno, 2008).

MARCO TEÓRICO

50

3. Método del calorímetro de comparación: en una cámara se tienen dos

calorímetros aislados por agua, uno de ellos contiene la muestra que se ensaya y el

otro líquido de calor específico conocido. El calorímetro de comparación tiene una

curva calibrada con el líquido de referencia y según la perdida de calor, se puede

calcular el calor específico de la muestra ensayada. (Villamizar, 1986).

4. Calorimetría Diferencial de Barrido (DSC): La DSC (Differential Scanning

Calorimetry) es una técnica para medir la energía necesaria para estabilizar una

diferencia de temperatura cercana a cero entre una sustancia y un material inerte

de referencia, cuando ambos materiales son sometidos a idénticos regímenes de

temperatura en un ambiente de calentamiento o enfriamiento controlado. (Moreno,

2008)

2.4.3.3. Ecuación de velocidad de secado

La ecuación de velocidad de secado expresa el cambio en la humedad del producto

por unidad de tiempo en función de las variables físicas que influyen en ésta de

acuerdo con el sistema de secado que se utilice (Moreno, 2008). Si se tienen

secadores tipo silo, se utiliza la ecuación de secado en capa delgada para simular la

perdida de humedad en una capa de espesor conocido. Por el contrario, si el sistema

de secado no utiliza espesores grandes del lecho, se puede utilizar una ecuación de

velocidad de secado como la propuesta por Roa (1974).

Roa (1974) propuso una ecuación empírica basado en las ecuaciones teóricas del

secado, con la cual se pueden correlacionar de una manera simple las principales

variables para el proceso de secado. Esta ecuación (ecuación 2.5) tiene especial

aplicación en el caso del secado en donde no se usan capas gruesas de sólido.

0 1 2 3 4 5 6 7 8( )( (1 )* (1 ))( )( )dM

M Meq a a v a PVS HR M a PVS HR a a C a a P a Sdt

Ec. (2.5)

MARCO TEÓRICO

51

En donde:

M: Contenido de humedad del sólido en un instante determinado (%b.s.)

Meq: Contenido de humedad de equilibrio (b.s.)

HR: Humedad relativa del aire.


PVS: Presión de Vapor de Saturación (Pa).

v: Velocidad de aire (m s-1).

C: Carga del sólido (kg m2).

P: Fracción de vacíos o porosidad (decimal).

S: Variable geométrica del sólido. 2 2 2

1 21/ 1/ 1/S L W W

L, W1, W2: Dimensiones del sólido (m)

a0, a1, a2, a3, a4, a5, a6, a7, a8: Constantes del producto adimensionales.

El término PVS*(1-RH) se conoce como Déficit de presión de vapor y representa la

diferencia entre la presión de vapor de saturación del aire que circunda el sólido y la

presión de vapor del agua contenida en el sólido. La ecuación de Antoine (ecuación

2.7) es una correlación bastante utilizada para obtener la presión de saturación PSV

(Moreno, 2008)

(Ec. 2.6)

En donde A, B y C son contantes para cada sustancia. Para el aire la ecuación de

Antoine se puede expresar mediante la ecuación 2.7

3989,9exp 16,5694

233,66PVS

T

(Ec.2.7)

Donde:

PVS: Presión de Vapor de Saturación del agua (Pa).


BLn PVS A

T C

MARCO TEÓRICO

52

2.4.3.4. Ecuación de Calor Latente de Vaporización (hfg)

El Calor Latente de Vaporización se define como la energía requerida para evaporar la

humedad contenida en el producto (Brooker, 1992). Para determinarlo se requieren las

curvas de contenido de humedad en equilibrio.

La ecuación de Clausius–Clapeyron relaciona una ecuación para determinar el Calor

Latente de Vaporización en función de la temperatura y el contenido de humedad

(Ecuación 2.8) (Baker, 1997):

W

W L

HdP

dT T V V

(Ec. 2.8)

Othmer (1940), propuso un método simple y aproximado, basado en la ecuación de

Clausius–Clapeyron, obteniendo la ecuación 2.9 (Valderrama, 1991):

dPv L

dTa T V v

(Ec. 2.9)

Donde:

V: Volumen específico del vapor de agua, m3 kg-1

v: Volumen específico del agua, m3 kg-1

T: Temperatura, K.

Pv: Presión de vapor, kg m-2

Solucionando la ecuación 2.9 se tiene:

fg

fg

hLn Pv Ln Pvs C

h

(Ec. 2.10)

En donde:

Pv: Presión de vapor de agua del producto, kg m-2

Pvs: Presión de vapor de saturación, kg m-2

hfg': Calor latente de vaporización del agua en el producto (kJ kg-1)

hfg: Calor latente de vaporización del agua libre (kJ kg-1)

C: Constante de integración.

MARCO TEÓRICO

53

Es posible obtener la misma ecuación para el calor latente de vaporización del agua

pura (hfg) y al dividir las dos ecuaciones se obtiene la Ecuación 2.11:

1 2

1 2

fg

fg

h Log Pv Log Pv

h Log Pvs Log Pvs

(Ec. 2.11)

Pv HR Pvs (Ec. 2.12)

2500,3 2,09fgh T (Ec. 2.13)

En donde:

Pv: Presión de vapor del agua (kgf m-2) (1 y 2 se refieren a las Temperaturas T1

y T2).

Pvs: Presión de vapor de saturación (kgf m-2)

hfg': Calor latente de vaporización del agua en el producto (kJ kg-1)

hfg: Calor latente de vaporización del agua libre (kJ kg-1)

HR: Humedad relativa del aire (decimal)

A partir de las curvas de humedad de equilibrio es posible encontrar los valores de los

calores latentes de vaporización del agua en el producto y del agua pura en función del

contenido de humedad del producto a diferentes temperaturas. (Valderrama, 1991). En

la ecuación 2.14 se expresa la relación de los calores latentes de vaporización:

1 expfg

fg

hM

h

(Ec. 2.14)

En donde:

M: Contenido de humedad del producto, b.s.

α y β: Constantes propias del producto.

α y β son parámetros obtenidos por regresión para cada producto.

La ecuación 2.14 es la Ecuación de Thompson para el cálculo de calor latente de

vaporización del agua pura.

MARCO TEÓRICO

54

En la tabla 2.8 se muestran ecuaciones de calor latente de vaporización del agua para

diversos productos.

Tabla 2.8. Ecuaciones de calor latente de vaporización para algunos productos a partir de la

expresión de Othmer. (Valderrama, 1991).

Producto Ecuación

Arroz 606 0,57 1 23 exp 40,0fgh T M

Café 597,6 0,57 1 0,9036 exp 0,0632fgh T M

Cebada 597,6 0,57 1 0,15 exp 0,095fgh T M

Fríjol 597,6 0,57 1 0,3457 exp 0,0923fgh T M

Maíz 606 0,57 1 43,3 exp 0,2825fgh T M

Sorgo 597,6 0,57 1 12,1exp 0,408fgh T M

Soya 587,34 0,567 1 0,77 exp 0,165fgh T M

Yuca 597,6 0,57 1 9,56 exp 0,359fgh T M

Almidón de Yuca 2550,3 2,09 1 1,678 exp 0,084fgh T M

Fuente: Acogranos. Citado por (Valderrama, 1991), (Moreno, 2008)

Para uchuva no se encuentran reportes de la Ecuación del Calor Latente de

Vaporización.

2.5. PRE-TRATAMIENTOS TÉRMICOS

El objetivo que se persigue al realizar los pre-tratamientos es hacer la piel de la fruta

permeable, para ello se realizaron dos pre-tratamientos térmicos y así evaluar y

obtener los parámetros de deshidratación planteados.

MARCO TEÓRICO

55

2.5.1. Escaldado

Es un calentamiento de corta duración destinado a inactivar las enzimas propias de un

alimento de forma que se detenga su actividad metabólica y cese la degradación del

alimento. Entre las enzimas que producen estas degradaciones se encuentran la

catalasa, lipooxigenasas y la peroxidasa. Los alimentos deshidratados sin escaldar

experimentan cambios relativamente rápidos en las propiedades de calidad como

color, sabor, textura y valor nutricional debido a la continua actividad de las enzimas

(Sharma, 2003).

2.5.1.1. Métodos de Escaldado

Los métodos comerciales de escaldado más comunes y de más amplio uso implican

hacer pasar el alimento a través de una atmósfera de vapor saturado o un baño de

agua caliente. El escaldado con vapor resulta en mayor retención de componentes

nutricionales, siempre y cuando el enfriamiento se haga con aire frío o rocío de agua

fría. El enfriamiento con agua corriente hacen que aumenten de manera considerable

las pérdidas por lixiviados (arrastre de compuestos solubles), pero el alimento podría

ganar peso y en consecuencia el rendimiento total podría aumentar, en tanto que el

enfriamiento con aire podría causar pérdida de peso del producto debido a la

evaporación. Esto podría anular cualquier ventaja ganada con la retención de

nutrientes (Sharma, 2003).

Según (Sharma, 2003), durante el escaldado pueden tener lugar los siguientes

fenómenos:

Se compacta el producto, al colapsarse estructuras internas y eliminarse gases.

Así el alimento no flota en el líquido de gobierno, lo que es muy conveniente en

el caso de conservas.

El número de microorganismos presentes se reduce a veces hasta en un 90%,

especialmente los superficiales. Esto es de gran utilidad en el caso de frutos, en

los que la carga microbiana se concentra en el exterior.

MARCO TEÓRICO

56

Se inactivan enzimas y se desnaturalizan algunas proteínas

Por otra parte, el escaldado produce algunos cambios indeseables (Sharma, 2003):

Pérdida de nutrientes por disolución, tales como sales minerales, vitaminas

hidrosolubles y otros componentes solubles en agua.

Cambios en la textura, fundamentalmente ablandamiento de los tejidos, así

como cambios en la dureza, rigidez y cohesión

Cambios en el sabor y color. En general son indeseables, aunque en ocasiones

el escaldado resalta el color de los mismos por la acción del aire sobre su

superficie.

2.5.1.2. Temperatura del medio calefactor.

El escaldado suele realizarse en el intervalo de 60ºC a 100ºC. Por ejemplo, son típicos

procesos a temperaturas de 80ºC durante unos minutos o a 100ºC durante unos

segundos. (Sharma, 2003).

La correcta temperatura a la que se va a realizar el escaldado depende del alimento

que se esté escaldando (forma, tamaño y propiedades térmicas), de dónde esté

situada la enzima a desactivar y de su cinética de desactivación así como de la

susceptibilidad del alimento a sufrir transformaciones de color y textura a causa del

calor. (Sharma, 2003).

Así tratamientos cortos a alta temperatura son adecuados para desactivar enzimas que

se encuentran en la superficie, mientras que las que se encuentran por todo el alimento

responden mejor a tratamientos más prolongados a baja temperatura, que alteran

menos las propiedades del alimento. (Sharma, 2003).

En general, es difícil aconsejar una temperatura determinada. La determinación

requiere la realización de pruebas empíricas y la evaluación del producto escaldado

por un panel de catadores. (Sharma, 2003).

MARCO TEÓRICO

57

Para el caso de la uchuva la temperatura de escaldado recomendada por Camacho

(2004) es de 80°C por 2 minutos.

2.5.2. Osmodeshidratado

La OSMOSIS es el fenómeno de difusión de líquidos o gases, a través de una

sustancia permeable para alguno de ellos.

La difusión es el acto por el cual dos cuerpos en contacto se van mezclando

lentamente por sí mismos (Camacho, 2004).

Si un compartimento de agua pura se separa de una disolución acuosa por medio de

una membrana rígida permeable al agua, pero impermeable a los solutos, habrá un

paso espontáneo de agua desde el compartimento que contiene agua pura hacia el

que contiene la disolución (Camacho, 2004).

La transferencia de agua se puede detener aplicando a la disolución una presión,

además de la presión atmosférica. El valor de esta presión adicional necesaria para

detener el paso de agua recibe el nombre de PRESIÓN OSMÓTICA de la disolución

(Camacho, 2004).

De lo anterior se puede deducir que a mayor concentración de solutos en un

compartimento, que puede ser una célula, mayor será la presión osmótica que posea,

es decir mayor será su capacidad de absorber agua de la solución más diluida, de la

cual está separada por la membrana permeable al agua (Camacho, 2004).

Las paredes o membranas biológicas que constituyen las paredes de las frutas o

animales son semipermeables, es decir que permiten el paso de sustancias como el

agua pero no el de moléculas más grandes y complejas, a no ser que se haga por

fenómenos especiales (Camacho, 2004).

MARCO TEÓRICO

58

La aplicación del fenómeno de ósmosis en la deshidratación de frutas se puede lograr

debido a que un buen número de frutas, como es el caso de la fresa, papaya, mango o

melón entre otras, cuentan con los elementos necesarios para inducir la osmosis

(Camacho, 2004).

Estos elementos corresponden a la pulpa, que en estas frutas consiste en una

estructura celular más o menos rígida que actúa como membrana semipermeable.

Detrás de estas membranas celulares se encuentran los jugos, que son soluciones

diluidas, donde se hallan disueltos sólidos que oscilan entre el 5 a 18% de

concentración. Si esta fruta entera o en trozos se sumerge en una solución o jarabe de

azúcar de 70%, se tendría un sistema donde se presentaría el fenómeno de ósmosis

(Camacho, 2004).

Los jugos en el interior de las células de la fruta están compuestos por sustancias

disueltas en agua, como ácidos, pigmentos, azúcares, minerales, vitaminas, etc.

Algunas de estas sustancias o compuestos de pequeño volumen, como el agua o

ciertos ácidos, pueden salir con cierta facilidad a través de orificios que presenta la

membrana o pared celular, favorecidos por la presión osmótica que ejerce el jarabe de

alta concentración donde se ha sumergido la fruta (Camacho, 2004).

La presión osmótica presente será mayor en la medida que sea mayor la diferencia de

concentraciones entre el jarabe y el interior de los trozos de la fruta. El efecto de esta

diferencia se ve reflejado en la rapidez con que es extraída el agua de la fruta hacia el

jarabe (Camacho, 2004).

La deshidratación osmótica implica sumergir materiales alimenticios de humedad alta

en una solución osmótica, por lo general una solución de azúcar o cloruro de sodio.

(Figura 2.13 superior izquierda). Se puede considerar un sistema que contiene el

material biológico y una solución de sacarosa. Una seudomembrana, por lo común la

membrana celular del material alimenticio, separa la solución del material biológico.

Simultáneamente están ocurriendo dos tipos de flujos, el flujo de agua y el flujo de

sacarosa. Estos flujos están en función del potencial químico del agua y la sacarosa.

(Camacho, 2004).

MARCO TEÓRICO

59

En la Figura 2.13 se muestra el proceso esquemático de deshidratación osmótica de

una fruta en un soluto.

Figura 2.14. Proceso de deshidratación osmótica de una fruta. (Camacho, 2004).

El potencial químico del agua es más alto en el material biológico y el potencial químico

del azúcar es más alto en la solución osmótica. Como resultado de ello, el agua sale

del material biológico y el azúcar podría entrar en el material, lo que depende del

tiempo de contacto y el tamaño de la membrana. Por consiguiente, se presentan dos

flujos en contracorriente simultáneos. Por esto la deshidratación osmótica se ha

descrito como un proceso de eliminación de agua e impregnación del soluto en remojo.

La eliminación de agua de una fruta a través de la membrana celular también se

considera como una función de la actividad de agua. Para eliminar agua a través de la

membrana celular del material con mayor actividad de agua, se mantiene baja la

actividad de agua en la solución osmótica. Una membrana celular semipermeable

permite que el agua pase a través de ella con más facilidad que el soluto. Sin embargo,

el proceso también incluye los casos en los que no hay membrana, como en los

MARCO TEÓRICO

60

quesos y los geles, o la membrana celular ha sido destruida por una alta temperatura.

(Camacho, 2004).

La cinética de la deshidratación osmótica se determina estimando la velocidad de

eliminación de agua y la ganancia de sólidos. Por lo general, las velocidades más altas

de eliminación de agua se alcanzan durante los primeros 60 minutos de deshidratación

osmótica debido a una gran fuerza impulsora entre la savia diluida de la fruta y la

solución osmótica. Esto seguido de velocidades más bajas a causa de la formación de

una capa superficial sólida, que reduce la fuerza impulsora. La velocidad de ganancia

de sólidos se comporta de manera similar en todos los casos. Sin embargo, depende

del tamaño del soluto y la permeabilidad de la membrana del alimento. (Camacho,

2004).

2.6. ANÁLISIS ESTADISTICO

Para hacer una correlación adecuada entre los datos experimentales y los datos de las

ecuaciones generadas, se utiliza un análisis de regresión lineal que se compone del

cálculo de estadísticas de regresión, un análisis ANOVA y una prueba t estadística.

Estadísticas de regresión:

Coeficiente de Correlación Múltiple: Es la medida del grado de asociación entre dos

características. En el contexto del análisis de la regresión lineal simple el coeficiente de

correlación múltiple establece una medida del grado de asociación lineal entre la

variable respuesta y la variable predictora, concretamente entre la variable respuesta y

la recta de regresión estimada. (Gómez, 1997)

Coeficiente de determinación (R2): es la relación entre la suma de los cuadrados de la

regresión y la suma de los cuadrados totales. Corresponde al coeficiente de regresión

elevado al cuadrado (Moreno, 2008).

MARCO TEÓRICO

61

Análisis ANOVA:

Prueba F: El análisis de varianza (ANOVA) es uno de los métodos estadísticos más

utilizados y más elaborados en la investigación moderna. Se utiliza para probar

hipótesis referentes las varianzas de una población. La prueba F permite determinar si

las desviaciones estándar o las varianzas de dos muestras se pueden considerar

estadísticamente iguales o diferentes. (Serrano, 2003).

Prueba t estadística:

La prueba t brinda la información necesaria para saber si dos grupos de datos son

diferentes o no, comparando el coeficiente de la regresión lineal. El modelo lineal tiene

siempre una constante a y una pendiente β. Usualmente el valor a comparar es la

pendiente β, pues si esta tiene un valor de 1, indicaría la correlación perfecta de los

datos experimentales y calculados que se están comparando. El valor t se calcula con

la ecuación 2.15 (Moreno, 2008).

2

1t

s

xi X

(Ec. 2.15)

Donde:

β: pendiente del modelo lineal

s2: varianza de los residuos

xi : datos de la variable independiente

X: media de los datos de la variable independiente

Para el caso de la regresión lineal se cumple que t2 = F. El valor t calculado se

compara con el t tabulado de dos colas para n-k grados de libertad, con n= número de

datos y k=número de variables, y un intervalo de confianza del 95%, es decir, α= 0,05

para una tabla t de dos colas ó α=0,025 para una tabla t de una cola.

MARCO TEÓRICO

62

Si sucede que tCalculado≥ttabulado se rechaza la hipótesis nula y se concluye que no existe

una diferencia significativa entre los grupos de datos que se están analizando (Moreno,

2008).

El análisis también muestra el p-valor, el cual indica la probabilidad de obtener un

t-valor igual o mayor que el t calculado. La hipótesis nula se rechaza si p< 0,05

(Moreno, 2008).

3. MATERIALES Y MÉTODOS

3.1. MATERIALES

3.1.1. Materia prima.

Para el desarrollo de este proyecto se utilizó fruta con calidad estándar, según la

Norma Técnica Colombiana NTC 4580 (ICONTEC, 1999). La fruta utilizada fue Uchuva

(Physalis peruviana L.) Ecotipo Colombia, la cual es la que más se cultiva en la

actualidad en nuestro país (Figura 3.1). Los calibres utilizados en los ensayos variaron

entre 18 y 23 mm de diámetro, que según la Norma Técnica Colombiana NTC 4580

están entre calibre C y E.

Figura 3.1. Uchuva utilizada en los ensayos de secado. Fuente: EL AUTOR.

Durante el desarrollo del proyecto se trabajó con fruta traída de diferentes sitios,

Marengo (Municipio de Mosquera), Silvania y algunas regiones de Boyacá. Pero toda

la fruta era de la variedad mencionada anteriormente.

El manejo que se le dio a la fruta, después de hacer la recepción en el laboratorio fue

almacenamiento con capacho en nevera entre 3-7 °C, esto con el fin de preservar las

condiciones de producto fresco. La metodología para los análisis físico-químicos se

muestran en el apartado 3.3.3 y en la Tabla 4.20 se muestran los resultados.

MATERIALES Y MÉTODOS

64

3.2. EQUIPOS

A continuación se describen los equipos utilizados para la obtención de los datos en los

ensayos realizados.

3.2.1. Cámara Experimental de Secado

Para la realización de los ensayos de curvas de secado, se utilizó una “Cámara

experimental de secado” en la cual se controlan las variables de proceso como

temperatura, humedad relativa y velocidad del aire, y se y se toma el peso del producto

a medida que avanza el ensayo.

En la Figura 3.2 se tiene una imagen de este equipo.

Figura 3.2. Cámara experimental de secado.

En la Figura 3.3 se presenta un diagrama esquemático de la cámara experimental de

secado, en la cual se muestran cada uno de los elementos que la componen.


65

Figura 3.3. Diagrama esquemático de la cámara experimental de secado.

Los elementos que componen la cámara experimental de secado son:

1. Ventilador centrifugo.

2. Calentamiento del aire por medio de resistencias eectricas.

3. Humidificador del aire por medio de un tanque de agua y una resistencia

eléctrica.

4. Tablero de control de cada uno de los elementos.

5. Control de temperatura y humedad.

6. Re-cámara de secado.

7. Muestra de producto a deshidratar.

8. Balanza digital que va midiendo la variación del peso del producto en el tiempo

de ensayo.

9. PC. Computador en donde se controlan las variables de temperatura, humedad

del aire y se captura la variación de peso del producto a deshidratar en el

tiempo que dura el ensayo.

10. Salida de aire que pasa por la re-cámara de secado.

Los rangos de operación del equipo son:


66

Tabla 3.1. Rangos de operación de la cámara experimental de secado.

Parámetro Valor

Temperatura 20 – 80 °C

Velocidad de aire Hasta 4,2 m s-1

Flujo de aire Paralelo o transversal

Este equipo se encuentra disponible en el Laboratorio de Planta Piloto de Ingeniería

Química de la Universidad Nacional de Colombia.

3.2.2. Cámara de Secado

Este equipo se utilizó en el desarrollo del proyecto, para la obtención del Contenido de

Humedad de Equilibrio. En la Figura 3.4 se aprecia este equipo. Consta de los

siguientes sistemas:

1. Sistema de humidificación: Este sistema consta de dos resistencias eléctricas

de inmersión de 740 Watts cada una (Figura 3.5), las cuales generan el

calentamiento del agua, de 6 aspersores los cuales son movidos por una

bomba de agua. En las Figura 3.4 y 3.5 se puede observar el sistema de

humidificación de este quipo.

Figura 3.4. Cámara de secado ubicada en la Planta Piloto de Ingeniería Química.


67

Figura 3.5. Aspersores y resistencias eléctricas de inmersión para generar la humedad en el

sistema.

2. Sistema de Calentamiento de aire: Este sistema consta de un ventilador

centrífugo y de cuatro resistencias aleteadas de 750 Watt cada una, como se

muestra en la Figura 3.6.

Figura 3.6. Ventilador centrífugo y resistencias eléctricas del secador experimental.

3. Re-cámara de secado: En la re-cámara de secado es donde se coloca la

muestra a deshidratar. Consta de una pared tipo sándwich con aislamiento

térmico de fibra de vidrio y un vidrio de seguridad, como se muestra en la

Figura 3.7. Por medio de una estructura de alambre de acero inoxidable de ¼


68

de pulgada que se soporta sobre una balanza, se puede determinar la variación

de peso de la muestra a deshidratar, como se puede observar en la Figura 3.7.

Figura 3.7. Re-cámara de secado.

4. Tablero de control: aquí se controla la temperatura del aire (temperatura de

bulbo seco), temperatura del agua (indirectamente la temperatura de bulbo

húmedo) y el motor eléctrico del ventilador centrífugo.

3.2.3. Calorímetro isoperibólico:

Para la determinación del Calor Específico de la Uchuva se utilizó un calorímetro

isoperibólico que se encuentra en el Laboratorio CINDILIC del Departamento de

Química de la Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional de Colombia. Este

calorímetro mantiene constante la temperatura de los alrededores mediante el uso de

un termostato, mientras que la temperatura del sistema de medida puede variar con el

tiempo. Existe una resistencia térmica RT , de magnitud definida entre los alrededores y

la celda donde se realiza la medida, de tal forma que el intercambio de calor depende

de la diferencia de temperatura entre estos ( TA es igual a la temperatura de los

alrededores y TC igual a la temperatura de la celda y sistema de medida); como TA es

constante entonces el flujo de calor es una función de TC . Si la generación de calor

dentro de la celda se termina, la temperatura TC se aproxima a la temperatura de los


69

alrededores TA. La figura 3.8 muestra un esquema de la disposición de este tipo de

calorímetros.

Figura 3.8: Esquema de un calorímetro isoperibólico. (Quintana G., 2005)

Las variables a controlar en este equipo las realiza un computador además de capturar

los datos del experimento, con los cuales se puede obtener la gráfica característica y a

partir de allí se determina el calor específico para cada muestra de ensayo. En la

Figura 3.9 se observa el Calorímetro Isoperibólico ubicado en el Laboratorio CINDELIC

del Departamento de Química de la Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional

de Colombia. Este equipo se encuentra disponible para docencia e investigación.

Figura 3.9. Imágenes del Calorímetro ubicado en el Laboratorio CINDELIC del Departamento

Química de la Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional de Colombia.


70

3.2.4. Determinación del contenido de humedad

Para determinar el Contenido de Humedad inicial y final de cada uno de los ensayos

realizados en el desarrollo de este proyecto se utilizó una balanza determinadora de

humedad marca Sartorius Modelo MA150 de los laboratorios de Poscosecha de

Productos Agrícolas del Departamento de Ingeniería Agrícola de la Universidad

Nacional de Colombia.

Los parámetros fijados en el equipo para realizar los ensayos fueron:

T: 120 °C.

Intervalo: 0,1% por 50 segundos.

En la Figura 3.10 se presenta una imagen de este equipo.

Figura 3.10. Balanza determinadora de humedad Marca Sartorius Moldelo MA150.

Para determinar el contenido de humedad a la uchuva en fresco se cortó una rodaja

como se muestra en la Figura 3.11 con un peso menor a dos gramos y se fijaron los


71

parámetros en la balanza. En la Figura 3.11 se observa una muestra para realizar la

medida antes y después del ensayo.

Figura 3.11. Izquierda: muestra para realizar la medida de contenido de humedad inicial;

derecha: muestra al finalizar la medida.

Para realizar la medida de contenido de humedad final se tomaba la uchuva

deshidratada, se abría a la mitad y se realizaba la medida.

3.3. METODOLOGÍA

A continuación se describe los procesos metodológicos empleados durante el


3.3.1. Pre-tratamientos

Para la obtención de los parámetros de la uchuva se realizaron los siguientes pre-

tratamientos:

3.3.1.1. Sin ningún pre-tratamiento (blanco)

Para poder tener un punto de comparación se obtuvo los parámetros de deshidratado

con uchuva sin ningún pre-tratamiento (blanco). El proceso realizado a estos ensayos

fue de lavado en agua, luego lavado en agua con hipoclorito a 80 ppm y terminando

con un enjuague en agua.


72

Luego de realizar este proceso, la fruta fue sometida a deshidratación con aire caliente

según el diseño experimental.

3.3.1.2. Escaldado

El escaldado aplicado fue con agua a 80°C durante 2 minutos, según datos de

Camacho (2004).

En la Figura 3.12 se observa el montaje realizado en la Planta Piloto de Ingeniería

Química para el escaldado de la uchuva. Allí se tiene una plancha eléctrica, junto con

una termocupla, para mantener la temperatura controlada y una malla en acero

inoxidable para sumergir la fruta en el agua durante el tiempo de residencia.

Figura 3.12. Montaje para la realización del escaldado de la uchuva.

3.3.1.3. Osmodeshidratado

Para la preparacion de la solución osmodeshidratante se tomaron 1000 ml de agua

destilada las cuales se depositaron en la olla (Figura 3.12), luego se pesaron 2000 g

de azúcar y mezclaron con el agua. La mezcla se calentó y se mezclo constantemente

para disolver el azúcar y homogenizar la solución, luego de lo cual se determinó la


73

concentración de azúcar (°Brix) con el uso de un refractometro marca Atago Refencia

HSR-500 con rango de medicion de 0 a 90°Brix y precisión de 0,1 °Brix.

Una vez preparada la solución se tomarón 700 g de uchuva los cuales fueron

colocados en una bolsa plástica, donde se agregó la solución preparada previamente y

se selló la bolsa para ser almacenada durante 24 horas, al cabo de los cuales se retira

la muestra, se enjuaga con abundante agua y se pesa.

3.3.2. Determinación de los parámetros

Después de realizar los pre-tratamientos a la fruta se procedió a la obtención de cada

uno de los parámetros requeridos, de acuerdo al diseño experimental.

3.3.2.1. Ecuación de Contenido de Humedad en Equilibrio (CHeq)

Las isotermas de Contenido de Humedad en Equilibrio (CHeq) se obtuvieron utilizando

el método dinámico. Para ello se utilizó un secador experimental ubicado en la Planta

Piloto de Ingeniería Química, descrita en el numeral 3.3.2.

Se utilizó un diseño experimental factorial con dos variables, 5x3 y 1 nivel, para un total

de 15 ensayos por pre-tratamiento (uchuva sin ningún pre-tratamiento (blanco), uchuva

sometida a escaldado y uchuva sometida a osmodeshidratado), 15x3 pre-tratamientos,

45 ensayos, además a cada ensayo se repitió, 45x2, 90 ensayos en total.

Para realizar cada ensayo se fijó las condiciones de Temperatura y humedad relativa

del aire y se colocaron muestras de aproximadamente 500 gr. Se registra el dato de

variación de peso en el tiempo hasta que el peso sea constante, o sea hasta que el

producto alcanza el equilibrio con las condiciones fijadas inicialmente. El planteamiento

inicial era obtener isotermas a 4 condiciones de temperatura y 5 de humedad relativa

del aire, pero los ensayos a 40°C que se realizaron tuvieron un tiempo de residencia de

aproximadamente 360 hr y la fruta no alcanzó el equilibrio (ver Figura 4.1).


74

Tabla 3.2. Matriz de resultados para isotermas de CHeq.

MATRIZ DE ENSAYOS ISOTERMAS

BLANCOS - ESCALDADOS - OSMODESHIDRATADOS

T (°C)

HR (%)

20 30 45 60 70

50

60

70

En la Tabla 3.2 se presenta la Matriz de Ensayos planteada para la obtención de las

isotermas de CHeq. Esta matriz se repitió para cada uno de los pre-tratamientos.

Para la generación del modelo matemático se trabajó con los rangos de temperatura

entre 50 y 70°C, ya que en este rango se encuentra la temperatura recomendada para

la deshidratación de frutas.

Como se dijo en el numeral 2.4.2, el modelo de Roa es el modelo seleccionado para

hacer la simulación matemática del proceso de deshidratación de la uchuva. Para el

ajuste de los parámetros de la ecuación de Roa de contenido de humedad en equilibrio

(Ec. 2.4) a partir de los datos experimentales se utilizó una metodología de estimación

de parámetros no lineales por mínimos cuadrados que se desarrolló en MS-Excel®,

como se describe a continuación:

Se generan datos de humedad en equilibrio para cada pareja de temperatura y

humedad relativa del aire utilizando la ecuación 2.4, asignando valores iniciales

arbitrarios a las constantes de la ecuación. Estos valores iniciales pueden ser

datos correspondientes a ecuaciones para otros productos con el fin de ayudar

a una fácil correlación de la ecuación.

Se calculan las diferencias entre los valores experimentales y los valores

generados por la ecuación y se calcula el cuadrado de cada diferencia.

Se suman todos los cuadrados de las diferencias.

Se aplica una función Solver en MS-Excel® para minimizar la sumatoria

variando las constantes de la ecuación.


75

3.3.2.2. Ecuación de Calor especifico

Para determinar la ecuación de Calor específico los ensayos se realizaron con un

calorímetro isoperibólico ubicado en el laboratorio CINDILIC del Departamento de

Química, Facultad de Ciencias de la Universidad Nacional de Colombia. Esta

determinación se hizo a diferentes contenidos de humedad de la fruta con una

temperatura de 70°C en el proceso de deshidratado para fruta sin ningún pre-

tratamiento (blanco), uchuva sometida a escaldado y uchuva sometida a

osmodeshidratado en la Cámara Experimental de Secado descrita en el numeral 3.2.1.

En la medida que el ensayo avanzaba se iban retirando muestras del mismo a

diferentes contenidos de humedad. La humedad en cada punto se determinó con la

Balanza Determinadora de Humedad descrita en el numeral 3.2.4. Por cada muestra

se realizaron tres mediciones de calor específico. En total se realizaron 36 mediciones

de calor específico.

Los resultados obtenidos se ajustaron a una ecuación de la forma,

Cp aCH b (Ec. 3.14)

En donde:

Cp: Calor especifico (KJ kg-1 C-1)

CH: Contenido de Humedad (decimal) (base seca)

a y b: Constantes de la ecuación.

Al obtener los resultados de calorimetría se ajustó la ecuación por medio de mínimos

cuadrados, como se describe a continuación:

Se generan datos de calor específico para cada contenido de humedad

muestreado, utilizando la ecuación 3.14, asignando valores iniciales arbitrarios

a las constantes de la ecuación. A estos valores iniciales se les pueden dar el

valor de uno (1).




76

Se suman todos los cuadrados de las diferencias.

Se aplica una función Solver en MS-Excel® para minimizar la sumatoria

variando las constantes de la ecuación.

3.3.2.3. Ecuación de Velocidad de Secado

Para determinar la ecuación de Velocidad de Secado se utilizó la Ecuación propuesta

por Roa (1974) (Ec. 2.5). La ecuación de velocidad de secado expresa el cambio de

humedad del sólido por unidad de tiempo, en términos de las condiciones de secado.

Las variables que tienen mayor influencia son:

Velocidad del aire (m s-1)

Temperatura (°C)

Humedad del aire (%)

Densidad de carga (kg m-2)

Geometría del sólido a secar (m-2)

La determinación experimental se realiza al determinar las curvas de secado para

diferentes niveles de las variables de operación mencionadas (Moreno, 2008).

El método para la determinación de la ecuación de velocidad de secado consiste en

hacer pasar una corriente de aire a través del producto, controlando las variables

mencionadas anteriormente, y se determina la pérdida de peso en el tiempo. Luego se

calcula y se grafica la perdida de humedad por unidad de tiempo.

Las variables de la Ecuación 2.5 tienen influencia en el proceso de deshidratación las

cuales se variaron de la siguiente manera:

Velocidad del aire (m s-1): Se utilizaron la velocidad máxima permitida en la cámara

experimental de secado y una velocidad intermedia, los cuales se encuentran

dentro de los rangos admitidos por secadores industriales.


77

Temperatura (°C): Las temperaturas con los cuales se trabajó fueron 50, 60 y 70°C,

cubriendo un rango aceptable para hacer el Modelamiento matemático.

Densidad de carga (kg m-2): La densidad de carga con la cual se realizaron los

ensayos fue de 13,3 kg m-2, con muestras entre 950 a 1000 gr por ensayo, una

bandeja de 0,35x0,21 m y una sola capa de producto.

Se utilizó un diseño factorial de dos variables 3x2 y dos niveles, para 18 ensayos más

las contra-muestras, un total de 36 ensayos, como se indica en la tabla 3.3.

Tabla 3.3. Matriz de ensayos para las curvas de secado.

MATRIZ DE RESULTADOS

CURVAS DE SECADO

T (°C)

Velocidad aire (m/s)

BLANCOS ESCALDADO OSMODESHIDRATADOS

3 4,2 3 4,2 3 4,2

50

60

70

Para la determinación de los parámetros se utilizó la metodología de estimación de

parámetros no lineal por mínimos cuadrados de tal forma que se busca minimizar la

sumatoria del cuadrado de la diferencia entre los datos experimentales y los valores

calculados, como se describe a continuación:

Para cada ensayo realizado se dispone de una velocidad del aire y una

temperatura del aire. Con esta información se genera datos para el cambio de

humedad (dM/dt).


78

La humedad relativa del aire se controló mediante un CONTROLADOR DIGITAL

DE TEMPERATURA Y HUMEDAD MT-530Ri FULL GAUGE. Este dato se ingresa

también en la ecuación de velocidad de secado.

El contenido de humedad en equilibrio se calcula mediante la ecuación 2.5. Para su

cálculo se ingresa la temperatura y humedad relativa del aire en cada ensayo.

La presión de vapor de saturación para el agua se calcula mediante la ecuación de

Antoine (Ecuación 2.7).

3.3.2.4. Ecuación de Calor Latente de Vaporización

La ecuación de Calor Latente de Vaporización se determina utilizando el método

descrito por (Brooker et al, 1992), tal como se enunció en el numeral 2.4.3.4. Para esta

ecuación no es necesario realizar ensayos experimentales adicionales debido a que se

utilizan los resultados obtenidos en la determinación de la ecuación de contenido de

humedad en equilibrio y un procedimiento de cálculo conocido como método de

Othmer el cual es citado por (Brooker et al, 1992), a continuación se describe el

método para este caso:

Se definieron valores del contenido de humedad de la uchuva en el rango

seleccionado, entre 7% y 20% base húmeda (bh) cada 5% de humedad. Esto

corresponde a un rango desde 7,53% hasta 25,0% base seca (bs).

Para cada valor de contenido de humedad y dos valores de temperatura del aire,

50°C y 70°C, según el rango que se desea cubrir, se calcula el valor de la humedad

relativa del aire correspondiente, utilizando la ecuación 2.4.

Para los mismos valores de temperatura se calculó la presión de vapor de

saturación del agua utilizando la ecuación de Antoine (Ec. 2.7)

A partir de la presión de vapor de saturación para las temperaturas 1 y 2, y el valor

de la humedad relativa del aire para estas mismas temperaturas, se halló la

relación de calores latentes de vaporización con las ecuaciones 2.11 y 2.12

Para cada contenido de humedad del producto es posible determinar el valor de

humedad relativa para las temperaturas T1 y T2 del aire a partir de la ecuación de


79

contenido de humedad en equilibrio. Así es posible correlacionar la relación entre

los calores latentes de vaporización del agua en el producto y del agua pura en

función del contenido de humedad del producto, la cual tendrá la forma exponencial

indicada en la ecuación 2.13.

1 expfg

fg

hM

h

(Ec. 2.13)

Para ajustar las constantes α y β de la ecuación 2.13 a partir de los datos obtenidos se

utilizó una metodología de estimación de parámetros no lineales por mínimos

cuadrados de la siguiente forma:

Se generan datos de la relación de calores latentes (hfg’/hfg) para cada

contenido de humedad del sólido (M) utilizando la ecuación 2.13, asignando

valores iniciales arbitrarios a las constantes de la ecuación.



Se suman todos los cuadrados de las diferencias

Se aplica una función Solver en Excel ® para minimizar la sumatoria variando

las constantes de la ecuación.

3.3.3. Análisis Físico-químicos

Indice de acidez

Preparacion de la muestra de uchuva: se toman 25 g de uchuva y se licuan con 50 ml

de agua destilada calentando esta mezcla hasta aproximadamente 40°C y así obtener

un líquido homogéneo, luego se adapta el condensador de reflujo, se mantiene la

temperatura durante 30 minutos, se enfria y se filtra.

Para la preparación de la solución de NaOH se pesan 4 g de cristales de NaOH, se

disuelven en un vaso de precipitado y luego se afora a 1000 ml.


80

Para la estandarizacion de la solucion de NaOH se pesó entre 0.45 g

aproximadamente de ftalato acido de potasio sobre un vaso de precipitado, luego se

disolvío con 25 ml de agua destilado. Se añadió 2 gotas de fenoftaleina, se valoró con

la solución de NaOH 0.1 N, lentamente y con agitación, hasta que la solución adquirio

una tonalidad rosa persistente. Se anotó el volumen gastado y calculó el factor F de la

disolución de la siguiente manera:

. 0,1

exacto

aprox

aN Eq

FN V X

(Ec. 3.4)

Donde:

a: gramos de fenolftaleina de acido de potasio

Eq: peso equivalentede ftalato de acido de potasio = 204.22

V: volumen de NaOH 0.1 N gastados en la valoración.

0,1ExactaN X F (Ec. 3.5)

Para la determinacion de la acidez en % de acido cítrico de la uchuva se tomo 5 ml de

muestra en un vaso de precipitado, se le agregó la solución de NaOH 0.1 N hasta un

Ph de 7 ± 0.2. La acidez se expresa como porcentaje de acido citrico se calcula

mediante la siguiente ecuación, según la NTC 4580 (ICONTEC, 1999)

1

2

% 100V N

de acido citrico KV

(Ec. 3.6)

Donde:

V1: volumen de NaOH consumido (ml)

V2: volumen de la muestra (5 ml)

K: peso equivalente del acido citrico (0,064 g * meq-1).

N: normalidad de la solución de NaOH (0,1 meq ml-1)

Solidos solubles totales


81

Se tomó una muestra del jugo de la fruta, se filtró y se midieron los grados Brix de la

fruta con un refractometro HSR-500 Marca ATAGO y se hizo la correccion mediante la

ecuacion 3.7, según NTC 4580 (ICONTEC, 1999)

. . . 0,194 . . .corrS S T A S S T (Ec. 3.7)

Donde:

S.S.T. Sólidos Solubles Totales en grados Brix

A: % de Acido Citrico

El indice de madurez se halla mediante la ecuación 3-8, según NTC 4580 (ICONTEC,

1999).

. . .S S TIndice de madurez

Acidez titulable (Ec. 3.8)

4. RESULTADOS Y ANÁLISIS

4.1. ECUACIÓN DE CONTENIDO DE HUMEDAD EN EQUILIBRIO

El contenido de humedad en equilibrio (CHeq) en base seca para Uchuva, sometida a

diferentes pre-tratamientos, se determinó mediante el método dinámico siguiendo el

diseño experimental y la metodología propuestos, con el fin de ajustar las constantes

de la ecuación de Roa. Los promedios de los resultados experimentales se muestran

en las Tablas 4.1, 4.2 y 4.3.

Tabla 4.1. Contenido de Humedad en Equilibrio para Uchuva Blancos (sin ningún pre-

tratamiento).

HR AIRE %

T (°C)

20 30 45 60 70

bh (%) bs (%) bh (%) bs (%) bh (%) bs (%) bh (%) bs (%) bh (%) bs (%)

50 6,87 7,38 9 9,89 15,23 17,97 18,2 22,25 21,3 27,06

60 5,78 6,13 8,24 8,98 14,8 17,37 17,5 21,21 20,3 25,47

70 5,69 6,03 8,12 8,84 13,2 15,21 16,5 19,76 19,2 23,76

Los ensayos realizados a 40°C no dieron resultados que se puedan reportar, ya que el

tiempo de residencia en el proceso estuvo alrededor de las 360 hr, presentándose

ataque de hongos y deterioro enzimático, razón por la cual los ensayos a esta

temperatura fueron descartados. En la Figura 4.1 se presentan algunas imágenes de

este ensayo.

RESULTADOS Y ANÁLISIS

83

Figura 4-1. Ataque de hongos y de micro-organismos en ensayo a 40°C y 20 %HR.

Tabla4.2. Contenido de Humedad en Equilibrio para Uchuva sometida a escaldado.

HR AIRE %

T (°C)

20 30 45 60 70

bh (%) bs (%) bh (%) bs (%) bh (%) bs (%) bh (%) bs (%) bh (%) bs (%)

50 7,67 8,31 14,08 16,39 18,55 22,77 21,69 27,70 25,98 35,10

60 3,70 3,84 8,86 9,72 13,20 15,21 18,35 22,47 22,20 28,53

70 3,40 3,52 7,80 8,46 11,99 13,62 15,82 18,79 19,25 23,84

Tabla 4.3. Contenido de Humedad en Equilibrio para Uchuva sometida a osmodeshidratación.

HR AIRE %

T (°C)

20 30 45 60 70

HR % bh

HR % bs

HR % bh

HR % bs HR % bh HR % bs

HR % bh

HR % bs

HR % bh

HR % bs

50 9,40 10,38 11,78 13,35 13,30 15,34 15,26 18,01 18,55 22,77

60 5,90 6,26 7,90 8,57 8,71 9,54 15,50 18,34 18,35 22,47

70 3,63 3,77 7,32 7,90 8,48 9,27 13,40 15,47 17,50 21,21

A continuación, en las figuras 4.2, 4.3 y 4.4, se presentan las gráficas del Contenido de

Humedad en Equilibrio en bs para los tratamientos estudiados (uchuva sin ningún pre-


osmodeshidratado, respectivamente).


84

0,030

0,080

0,130

0,180

0,230

0,280

0,15 0,25 0,35 0,45 0,55 0,65 0,75

Ch

eq

(d

eci

mal

bs)

CH aire (decimal)

50°C Experimental 60°C Experimental 70°C Experimental

0,000

0,050

0,100

0,150

0,200

0,250

0,300

0,350

0,400

0,15 0,25 0,35 0,45 0,55 0,65 0,75

Ch

eq

(d

eci

mal

bs)

HR aire (decimal)


En estas figuras se observa el comportamiento típico de las isotermas, en las cuales se

observa que en la medida que la temperatura aumenta el contenido de humedad en

equilibrio del producto disminuye.

Figura 4.2. Datos experimentales del Contenido de Humedad en Equilibrio en base seca para

uchuva blanco (sin ningún pre-tratamiento).


uchuva sometida a escaldado.


85

0,000

0,050

0,100

0,150

0,200

0,250

0,15 0,25 0,35 0,45 0,55 0,65 0,75

Ch

eq

(d

eci

mal

bs)

HR Aire (%)



uchuva sometida a osmodeshidratado.

4.1.1. Determinación de los parámetros de la ecuación de contenido de

humedad en equilibrio.

Con los datos obtenidos se generan los parámetros de la Ecuación de Roa (Ec. 2.4),

los cuales se presentan en la Tabla 4.4.

Tabla 4.4. Parámetros para la ecuación de Roa de contenido de humedad en equilibrio para

uchuva sin ningún pre-tratamiento (blanco), uchuva sometida a escaldado y uchuva sometida a

osmodehidratado.

Parámetros

Tratamientos realizados

Blancos Escaldado Osmodeshidratado

p1 0,8571 0,4039 2,8010

p2 0,1292 0,7184 -7,4698

p3 0,0878 -0,7713 5,6873

q0 0,0525 0,0016 -0,1250


86

q1 -0,6282 -0,2721 0,8142

q2 2,2756 -0,3847 -2,9901

q3 -3,4190 1,9017 5,0804

q4 1,8235 -1,4307 -3,0240

q5 79,9957 -45,0468 -26,2760

Por lo tanto las ecuaciones obtenidas son:

Uchuva sin ningún pre-tratamiento (Blanco):

2 3 2

3 4

(0,8571 0,1292 0,0878 )exp((0,0525 0,6282 2,2756

3,4190 1,8235 ) ( 79,9957))

Meq HR HR HR HR HR

HR HR T

(Ec. 4.1).

En donde:




Uchuva sometida a escaldado:

2 3 2

3 4

(0,4039 0,7184 0,7713 )exp((0,0016 0,2721 0,3847

1,9017 1,4307 ) ( 45,0468))

Meq HR HR HR HR HR

HR HR T

(Ec. 4.2).

En donde:




Uchuva sometida a osmodeshidratado:

2 3 2

3 4

(2,8010 7,4698 5,6873 )exp(( 0,1250 0,8142 2,9901

5,0804 3,0240 ) ( 26,2760))

Meq HR HR HR HR HR

HR HR T

(Ec. 4.3).


87

En donde:




A partir de las Ecuaciones 4.1, 4.2 y 4.3 se pueden generar las isotermas de contenido

de humedad en equilibrio (CHeq) para uchuva sin ningún pre-tratamiento (blanco),

uchuva sometida a escaldado y uchuva sometida a osmodeshidratado,

respectivamente. En las Figuras 4.5, 4.6 y 4.7 se pueden apreciar las Isotermas de

Contenido de Humedad en equilibrio generadas a partir del modelo para uchuva sin

ningún pre-tratamiento, uchuva sometida a escaldado y uchuva sometida a

osmodeshidratado.

Al hacer el modelamiento matemático de la Ecuación de Roa para contenido de

humedad en equilibrio se observa que el comportamiento de estas curvas es el

esperado y el modelo matemático predice muy bien las isotermas del deshidratado de

la uchuva con los tratamientos estudiados.


88

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,16 0,26 0,36 0,46 0,56 0,66 0,76

Ch

eq

bs

de

cim

al)

HR Aire (decimal)

50°C Teórico 60°C Teórico 70°C Teórico

Figura 4.5. Isotermas de contenido de humedad en equilibrio para uchuva blanco (sin ningún pre-tratamiento) generadas a partir del

modelo.


89

0

0,05

0,1

0,15

0,2

0,25

0,3

0,35

0,4

0,15 0,25 0,35 0,45 0,55 0,65 0,75

Ch

eq

( b

s d

eci

mal

)

HR Aire (decimal)

50°C Teórica 60°C Teórico 70°C Teórico

Figura 4.6. Isotermas de contenido de humedad en equilibrio para uchuva sometida a escaldado generadas a partir del modelo.


90

0,000

0,050

0,100

0,150

0,200

0,250

0,15 0,25 0,35 0,45 0,55 0,65 0,75

Ch

eq

(b

s d

eci

mal

)

HR Aire (decimal)

50°C Teórico 60°C Teórico 70°C Teórico

Figura 4.7. Isotermas de contenido de humedad en equilibrio para uchuva sometida a osmodeshidratado generadas a partir del modelo.


91

4.1.2. Análisis de la Regresión para el contenido de humedad en equilibrio.

Se realizó un análisis de regresión lineal consistente en la obtención de un coeficiente

de correlación, un análisis de varianza y una prueba t.

Teniendo en cuenta que se realizaron 30 ensayos por pre-tratamiento (uchuva sin

ningún pre-tratamiento (blanco), uchuva sometida a escaldado y uchuva sometida a

osmodeshidratado), de los cuales se tomaron 15 datos por pre-tratamiento, el valor F

tabulado se obtuvo para un intervalo del 95% de confianza y k-1 y 2n-1 grados de

libertad, con n= número de datos y k=número de variables, es decir, 1 y 29 grados de

libertad. Por su parte el valor t tabulado se lee en una tabla t dos colas para n-k grados

de libertad, con n= número de datos y k=número de variables, y un intervalo de

confianza del 95%, es decir, α=0,05 y 29 grados de libertad.

Tabla 4.5.Estadísticas de regresión para la ecuación de contenido de humedad en equilibrio

para uchuva blanco (sin ningún pre-tratamiento), escaldada y osmodeshidratada.

Blancos Escaldado Osmodeshidratado

Prueba T 0,37831 0,35155 0,49757

Coeficiente correlación R2 0,9880 0,98325 0,98256

Coeficiente correlación múltiple

0,99398 0,99159 0,99124

Error típico 0,00841 0,01273 0,00837

Observaciones 15 15 15

Análisis de varianza 0,00537 0,00872 0,00358

Suma de cuadrados 0,10% 0,22% 0,09%

Prueba F 0,95791 0,98782 0,97965

Desviación Estándar 0,07328 0,09338 0,05986

El coeficiente de determinación (R2) para el contenido de humedad en equilibrio (CHeq)

para uchuva sin ningún pre-tratamiento (blanco) indica que el 98,8% de los valores

pueden ser predichos por el modelo generado, el restante 1,2% no se puede explicar

con el modelo.


92

Para la uchuva sometida a escaldado el coeficiente de correlación indica que el 98,3%

de los datos pueden ser predichos con el modelo y el 1,7% no se pueden explicar.

Para la uchuva sometida al pre-tratamiento de osmodeshidratado el 98,2% de los datos

pueden ser predichos con el modelo y el 1,8% restante no se pueden explicar.

En las Figuras 4.8, 4.9 y 4.10 se muestran la comparación entre las isotermas

experimentales y las teóricas generadas a partir del modelo.


93

0,030

0,080

0,130

0,180

0,230

0,280

0,15 0,25 0,35 0,45 0,55 0,65 0,75

Ch

eq

(d

eci

mal

bs)

CH aire (decimal)

50°C Teorico 60°C Teorico 70°C Teorico 50°C Experimental 60°C Experimental 70°C Experimental

Figura 4.8. Comparación de las isotermas de contenido de humedad en equilibrio para uchuva sin ningún pre-tratamiento (blanco)

generadas a partir del modelo con los valores experimentales.


94

0,000

0,050

0,100

0,150

0,200

0,250

0,300

0,350

0,400

0,15 0,25 0,35 0,45 0,55 0,65 0,75

Ch

eq

(b

s d

eci

mal

)

HR aire (decimal)

50°C Experimental 50°C Teorica 60°C Teorico 70°C Experimental 70°C Teorico 60°C Experimental

Figura 4.9. Comparación de las isotermas de contenido de humedad en equilibrio para uchuva sometida a escaldado generadas a partir del

modelo con los valores experimentales.


95

0,000

0,050

0,100

0,150

0,200

0,250

0,15 0,25 0,35 0,45 0,55 0,65 0,75

Ch

eq

(b

s d

eci

mal

)

HR Aire (decimal)

50°C Teórico 50°C Experimental 60°C Teórico 60°C Experimental 70°C Teórico 70°C Experimental

Figura 4.10. Comparación de las isotermas de contenido de humedad en equilibrio para uchuva sometida a osmodeshidratado generadas a

partir del modelo con los valores experimentales.


96

4.2. ECUACIÓN DE CALOR ESPECÍFICO

Para determinar el calor específico (Cp) de la uchuva en los tres estados, blanco,

escaldado y osmodeshidratado, se utilizó un Calorímetro Isoperibólico, por el método

de mezclas, cada estado con cuatro contenidos de humedad distintos y a cada

contenido de humedad se realizaron dos ensayos en calorímetro.

En las Tablas 4.6, 4.7 y 4.8 se muestran los resultados consolidados de Cp

Tabla 4.6. Resultados de calor específico generados para uchuva sin ningún pre-tratamiento

(blanco).

CH (decimal bh) CH (decimal bs) Cp (KJ C-1

*kg-1

) Promedio Cp

0,796 3,895 13,92

14,54 15,16

0,557 1,259 14,1

13,4 12,7

0,324 0,478 13,9

13,2 12,5

0,156 0,185 11,2

11,5 11,7

Tabla 4.7. Resultados de calor específico generados para uchuva sometida a escaldado.

CH (decimal bh) CH (decimal bs) Cp (KJ C-1

*kg-1

) Promedio Cp

0,784 3,630 14,22

13,27 12,32

0,538 1,164 10,11

10,83 11,55

0,307 0,442 10,77

11,06 11,35

0,123 0,140 10,85

10,04 9,23


97

Tabla 4.8. Resultados de Calor específico generados para uchuva sometida a

osmodeshidratado.

CH (decimal bh) CH (decimalbs) Cp (KJ C-1

*kg-1

) Promedio Cp

0,794 3,859 22,4

21,07 21

0,492 0,970 12,3

11,77 11,24

0,254 0,340 10,4

9,68 8,96

0,135 0,156 7,95

7,77 7,59

4.2.1. Ecuaciones de calor específico para la uchuva sometida a diferentes

pre-tratamientos.

Suponiendo que la relación entre Cp y CH es lineal, se correlacionó la ecuación 3-14

Para ajustar las constantes de la ecuación a partir de los datos experimentales se

utilizó la técnica estadística de mínimos cuadrados obteniendo los datos reportados en

la Tabla 4.9.

Tabla 4.9. Constantes de la ecuación de calor específico para uchuva blanco (sin ningún pre-

tratamiento), escaldada y osmodeshidratada, para CH bh y CH bs.


Parámetros Blanco Escaldado Osmodeshidratado

CH bh a 4,2284 4,317 19,554

b 11,222 9,4101 4,3849

CH bs a 0,6298 0,8406 3,4082

b 12,244 10,17 8,0357

Por lo tanto las ecuaciones obtenidas son:


98

y = 0,6298x + 12,244

11

11,5

12

12,5

13

13,5

14

14,5

15

0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00

Cp

(K

J/°C

kg)

CH (decimal bs)

Blanco (producto sin ningún pre-tratamiento):

0,6298 12,244Cp CH (Ec. 4.4)

Producto sometido a escaldado:

0,8406 10,17Cp CH (Ec. 4.5)

Producto sometido a osmodeshidratado:

3,4082 8,0357Cp CH (Ec. 4.6)

En las ecuaciones 4.4, 4.5 y 4.6:


CH: Contenido de Humedad (decimal bs)

En las Figuras 4.11, 4.12 y 4.13 se muestran las curvas de calor específico de uchuva

generadas a partir del modelo para blanco (sin ningún pre-tratamiento), escaldado y

osmodeshidratado, respectivamente. Los puntos graficados corresponden al promedio

de los valores experimentales obtenidos.

Figura 4.11. Curvas de calor específico generadas a partir del modelo para uchuva blanco (sin

ningún pre-tratamiento).


99

y = 0,8406x + 10,17

9,5

10

10,5

11

11,5

12

12,5

13

13,5

0,00 1,00 2,00 3,00 4,00

Cp

(K

J/°C

kg)

CH (decimal bs)

y = 3,4082x + 8,0357

6

8

10

12

14

16

18

20

22

0,00 0,50 1,00 1,50 2,00 2,50 3,00 3,50 4,00

Cp

(K

J/°C

kg)

CH (decimal bs)

Figura 4.12. Curvas de Calor Específico generadas a partir del modelo para escaldado.

Figura 4.13. Curvas de Calor Específico generadas a partir del modelo para osmodeshidratado.


100

4.2.2. Análisis de la regresión para el calor específico.

Para estimar el valor de las ecuaciones se hizo un Análisis de Regresión Lineal de los

datos obtenidos. Los resultados se muestran en la tabla 4.9.

Tabla 4.10. Análisis de regresión lineal de los datos obtenidos para uchuva sin ningún pre-

tratamiento (blanco), uchuva sometida a escaldado y uchuva sometida a osmodeshidratado,

para las ecuaciones de calor específico en función del CH bs.

Tipo de prueba Blanco Escaldado Osmodeshidratado

Prueba T 0,5000 0,4991 0,5000



0,9977 0,9990 0,9985

Error típico 0,4700 0,2688 0,4221

Observaciones 4,0000 4 4


Suma de cuadrados

Prueba F 0,8641 0,8664 0,9245


El coeficiente de correlación múltiple para uchuva sin ningún pre-tratamiento (blanco)

es del 99,54%, lo que indica que para esta ecuación esos son los datos que se pueden

explicar con el modelo. Para uchuva sometida a escaldado este valor es de 99,8%.

Para uchuva sometida a osmodeshidratado es de 99,71%.

En las Figuras 4.11, 4.12 y 4.13 se puede ver la relación entre los datos

experimentales y los datos teóricos para el calor específico de uchuva sin ningún pre-


osmodeshidratado respectivamente.

Los resultados de calor específico encontrados para uchuva sometida a los

tratamientos descritos en esta investigación siguen la misma tendencia reportada por

diferentes autores (Moreno, 2008; Parra et al, 2008; Villamizar et al, 1986; entre otros)

para otros productos agrícolas.


101

4.3. ECUACIÓN DE VELOCIDAD DE SECADO

Para determinar los parámetros de la ecuación de velocidad de secado (Ec. 3.2) se

realizaron los ensayos indicados en el diseño experimental (tres temperaturas y dos

velocidades diferentes del aire de secado). Para cada condición se obtuvo una curva

de secado registrando el contenido de humedad (CH) en base seca a través del

tiempo. La cámara experimental de secado tiene un programa desarrollado

especialmente para este proyecto en el cual se registra la variación del peso del

producto cada minuto.

En las Figuras 4.14, 4.15 y 4.16 se muestran las curvas de secado para cada

temperatura y velocidad de aire.


102

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

4,50

0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00

CH

(b

s d

eci

mal

)

t(h)

Experimental 50°C, 4,2m/s Teórica 50°C, 4,2m/s Experimental 50°C, 3m/s Teórica 50°C, 3m/s



Figura 4.14. Curvas de secado experimentales y teóricas para uchuva sin ningún pre-tratamiento (blanco).


103

0

0,5

1

1,5

2

2,5

3

3,5

4

4,5

0,00 5,00 10,00 15,00 20,00 25,00 30,00 35,00 40,00 45,00 50,00

CH

(b

s d

eci

mal

)

t(h)

Experimental 50°C, 4,2m/s Teórico 50°C, 4,2m/s Experimental 50°C, 3m/s Teórico 50°C, 3m/s

Experimental 60°C, 4,2m/s Teórico 60°C, 4,2m/s Experimental 60°C, 3m/s Teórico 60°C, 3m/s

Experimental 70°C, 4,2m/s Teórico 70°C, 4,2m/s Experimental 70°C, 3m/s Teórico 70°c, 3m/s

Figura 4.15. Curvas de secado experimentales y teóricas para uchuva sometida a escaldado.


104

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

4,50

0 10 20 30 40 50 60 70 80

CH

(b

s d

eci

mal

)

t (h) Experimental 50°C, 4,2m/s Teórica 50°C, 4,2m/s Experimental 50°C, 3m/s Teórica 50°C, 3m/s

Experimental 60°C, 4,sm/s Teórica 60°C, 4,2m/s Experimental 60°C, 3m/s Teórica 60°C, 3m/s


Figura 4.16. Curvas de secado experimentales y teóricas para uchuva osmodeshidratada. FUENTE: EL AUTOR.


105

4.3.1. Determinación de los parámetros de la ecuación de velocidad de

secado.

De acuerdo con la metodología descrita en la sección 3.2.2.3 se obtuvieron los valores

de las constantes para la Ecuación 3.2 los cuales se presentan en la Tabla 4.11, para

uchuva sin ningún pre-tratamiento (blanco), escaldada y osmodeshidratata.

Tabla 4.11. Parámetros generados para la ecuación de velocidad de secado (Ec. 3.2) para

uchuva blanco (sin ningún pre-tratamiento), escaldada y osmodeshidratada.

Parámetro


BLANCO ESCALDADO OSMODESHIDRATADO

a0 1,8185 1,9061 0,38928

a1 1,99E-04 1,73E-04 8,048E-03

a2 -2,62 E-06 -3,878E-05 3,8E-04

a3 2,4 E-04 2,94E-04 -7,92E-04

a4 13,5146 4,1694 8,9874

a5 -1,0156 -0,3129 -0,6756

a6 -0,002252 0,01273 -1,0632

a7 -0,000272 0,00806 1,863

a8 0,03857 0,03238 0,5895

Las ecuaciones obtenidas son:

Uchuva sin ningún pre-tratamiento (blanco):

( )(1,8185 0,000199 2,62 6 (1 )* 0,00024 (1 ))

(13,5146 1,0156 )( 0,00225 0,000271 0,0385 )

dMM Meq v E PVS HR M PVS HR

dt

C P S

(Ec. 4.7)


106


( )(1,9061 0,00017 3,87 5 (1 )* 0,00029 (1 ))

(4,1694 0,3129 )(0,0127 0,0080 0,0323 )


dt

C P S

(Ec. 4.8)


3( )(0,3892 0,00804 0,00038 (1 )* (1 ))

(8,9874 0,6756 )( 1,0632 1,8630 0,5895 )

dMM Meq v PVS HR M a PVS HR

dt

C P S

(Ec. 4.9)

En las ecuaciones 4.7, 4.8 y 4.9 se tiene:

M: Contenido de humedad del sólido en un instante determinado (b.s. decimal)

Meq: Contenido de humedad de equilibrio (b.s. decimal)

HR: Humedad relativa del aire (decimal)





4.3.2. Análisis de la regresión para la ecuación de velocidad de secado.

Para estimar la validez de las ecuaciones obtenidas se compararon los datos

experimentales con los datos generados por el modelo mediante un análisis de

regresión lineal. Los resultados se presentan en la Tabla 4.12.


107

Tabla 4.12. Análisis de regresión lineal para los datos obtenidos de velocidad de secado para


Blanco Escaldada Osmodeshidratada

Prueba T 0,1707 0,0662 0,1686



0,9989 0,9954 0,9995

Error típico 0,0495 0,0964 0,0340


Suma de cuadrados 6,8559 11,7908 3,6304

Prueba F 0,3393 0,5882 0,6695


El coeficiente de correlación R2 para blanco es de 0,9978, lo que indica que el 99,78%

de los datos obtenidos para velocidad de secado se pueden explicar con el modelo

generado, para escaldado el 99,08% de los datos obtenidos se pueden explicar con el

modelo generado y para osmodeshidratado el 99,89% de los datos obtenidos se

pueden explicar con el modelo generado.

Al observar los datos del análisis de regresión lineal realizado a los datos generados y

obtenidos se concluye que la correlación de los datos es adecuada y el modelo

matemático generado explica muy bien el comportamiento del deshidratado de la

uchuva en blanco (sin ningún pre-tratamiento), escaldada y osmodeshidratada.

4.4. ECUACIÓN DE CALOR LATENTE DE VAPORIZACIÓN

Para la obtención de la ecuación del calor latente de vaporización se siguió la

metodología descrita por Brooker (1992). A partir de las ecuaciones 2.11 y 2.12 se

puede calcular la relación de calores latentes de vaporización.

Los datos generados se encuentran consignados en las Tablas 4.13, 4.14 y 4.15 para

uchuva sin ningún pre-tratamiento (blanco), escaldada y osmodeshidratada,

respectivamente, para la relación de calores latentes de vaporización en función del

contenido de humedad de la uchuva.


108

Tabla 4.13. Calculo de la relación de calor latente de vaporización para uchuva sin ningún pre-

tratamiento (blanco).

CH (% bh) CH (% bs) T(°C) Pvs (Pa) HR (Decimal) hfg´/hfg

7 7,53 50 12,23 0,20 3,36

7 7,53 70 30,88 0,31

8 8,70 50 12,23 0,30 2,55

8 8,70 70 30,88 0,33

9 9,89 50 12,23 0,32 2,54

9 9,89 70 30,88 0,35

10 11,11 50 12,23 0,33 2,56

10 11,11 70 30,88 0,36

11 12,36 50 12,23 0,36 2,48

11 12,36 70 30,88 0,38

12 13,64 50 12,23 0,37 2,48

12 13,64 70 30,88 0,39

13 14,94 50 12,23 0,40 2,47

13 14,94 70 30,88 0,42

14 16,28 50 12,23 0,42 2,48

14 16,28 70 30,88 0,45

15 17,65 50 12,23 0,43 2,46

15 17,65 70 30,88 0,49

16 19,05 50 12,23 0,46 2,46

16 19,05 70 30,88 0,60

17 20,48 50 12,23 0,47 2,45

17 20,48 70 30,88 0,64

18 21,95 50 12,23 0,60 2,44

18 21,95 70 30,88 0,69

19 23,46 50 12,23 0,63 2,43

19 23,46 70 30,88 0,70

20 25,00 50 12,23 0,66 2,39

20 25,00 70 30,88 0,71


109

Tabla 4.14. Calculo de la relación de Calor Latente de Vaporización para uchuva sometida a

escaldado.


7 7,53 50 12,23 0,19 2,54

7 7,53 70 30,88 0,79

8 8,70 50 12,23 0,22 5,24

8 8,70 70 30,88 11,32

9 9,89 50 12,23 0,20 1,76

9 9,89 70 30,88 0,39

10 11,11 50 12,23 0,22 1,76

10 11,11 70 30,88 0,45

11 12,36 50 12,23 0,25 1,72

11 12,36 70 30,88 0,48

12 13,64 50 12,23 0,28 1,67

12 13,64 70 30,88 0,51

13 14,94 50 12,23 0,31 1,61

13 14,94 70 30,88 0,54

14 16,28 50 12,23 0,34 1,56

14 16,28 70 30,88 0,56

15 17,65 50 12,23 0,37 1,51

15 17,65 70 30,88 0,59

16 19,05 50 12,23 0,39 1,47

16 19,05 70 30,88 0,61

17 20,48 50 12,23 0,42 1,43

17 20,48 70 30,88 0,63

18 21,95 50 12,23 0,45 1,40

18 21,95 70 30,88 0,66

19 23,46 50 12,23 0,48 1,39

19 23,46 70 30,88 0,69

Tabla 4.15. Calculo de la relación de Calor Latente de Vaporización para uchuva sometida a

osmodeshidratado.


7 7,53 50 12,23 0,16 1,31

7 7,53 70 30,88 0,21

8 8,70 50 12,23 0,17 1,34


110

8 8,70 70 30,88 0,24

9 9,89 50 12,23 0,19 1,38

9 9,89 70 30,88 0,27

10 11,11 50 12,23 0,21 1,48

10 11,11 70 30,88 0,33

11 12,36 50 12,23 0,23 1,72

11 12,36 70 30,88 0,46

12 13,64 50 12,23 0,26 1,76

12 13,64 70 30,88 0,53

13 14,94 50 12,23 0,30 1,70

13 14,94 70 30,88 0,57

14 16,28 50 12,23 0,36 1,54

14 16,28 70 30,88 0,60

15 17,65 50 12,23 0,49 1,25

15 17,65 70 30,88 0,62

16 19,05 50 12,23 0,56 1,16

16 19,05 70 30,88 0,64

17 20,48 50 12,23 0,60 1,11

17 20,48 70 30,88 0,66

18 21,95 50 12,23 0,63 1,08

18 21,95 70 30,88 0,68

19 23,46 50 12,23 0,67 1,06

19 23,46 70 30,88 0,71

4.4.1. Determinación de los parámetros de la ecuación de calor latente de

vaporización.

La ecuación para correlacionar los datos del contenido de humedad y la relación de

calores latente de vaporización tiene la forma exponencial descrita en la ecuación 2.14

En la Tabla 4.16 se presentan los resultados obtenidos al aplicar la metodología

descrita en el numeral 3.2.2.4.


111

Tabla 4.16. Constantes estimadas para la ecuación de calor latente de vaporización para


Parámetros

TRATAMIENTOS

Blanco Escaldado Osmodeshidratado

α 1,987 2,795 0,673

β 1,536 10 6,854

La relación de Calor Latente de Vaporización está dada por:


1 1,987 exp 1,536fg

fg

hM

h

(Ec. 4.10)

Para calcular el calor latente de vaporización para el agua pura (hfg) se puede utilizar

la ecuación de Thompson (2.13)

2500,3 2,09fgh T (Ec. 2.13)

En donde:

hfg: Calor latente de vaporización del agua pura (KJ kg-1)

T: Temperatura (°C)

Por lo tanto la ecuación de calor latente de vaporización para la uchuva sin ningún pre-

tratamiento, es:

2500,3 2,09 1 1,987 exp 1,536fg

h T M (Ec. 4.11)

Ecuación de calor latente de vaporización para uchuva escaldada:

2500,3 2,09 1 2,795 exp 10fg

h T M (Ec. 4.12)


112

2,00

2,20

2,40

2,60

2,80

3,00

3,20

3,40

3,60

5,00 10,00 15,00 20,00 25,00

Re

laci

ón

de

Cal

or

Late

nte

de

Vap

ori

zaci

ón

(h

fg´/

hfg

)

Contenido de Humedad de la Uchuva Blanco (% bs)

Datos Exoerimentales Datos Teóricos

Ecuación de calor latente de vaporización para uchuva osmodeshidratada:

2500,3 2,09 1 0,673 exp 6,854fg

h T M (Ec. 4.13)

En las ecuaciones 4.11 a 4.13 se tiene:

hfg´: Calor latente de vaporización del agua contenida en la uchuva (KJ kg-1).


M: Contenido de humedad de la uchuva (decimal bs)

En las Figuras 4.17, 4.18 y 4.19 se muestran los datos experimentales y los datos

generados por el modelo matemático, para uchuva blanco (sin ningún pre-tratamiento),

escaldada y osmodeshidratada, respectivamente.

Figura 4.17. Comparación entre los datos experimentales y calculados para la relación de calor

latente de vaporización de uchuva sin ningún pre-tratamiento (blanco).


113

1

1,2

1,4

1,6

1,8

2

2,2

2,4

2,6

2,8

5 10 15 20 25

Re

laci

ón

de

Cal

or

Late

nte

de

Vap

ori

zaci

ón

(h

fg´/

hfg

)

Contenido de Humedad de la Uchuva Escaldada (% bs)

Datos Experimentales Datos Teóricos

1

1,05

1,1

1,15

1,2

1,25

1,3

1,35

1,4

1,45

5 10 15 20 25Re

laci

ón

de

Cal

or

Late

nte

de

Vap

ori

zaci

ón

(h

fg´/

hfg

)

Contenido de Humedad de la Uchuva Osmodeshidratada (% bs) Datos Experimentales Datos Teóricos

Figura 4.18. Comparación entre los datos experimentales y calculados para la relación de Calor

Latente de Vaporización de Uchuva sometida a escaldado.

Figura 4.19. Comparación entre los datos experimentales y calculados para la relación de calor

latente de vaporización de uchuva sometida a osmodeshidratado.


114

4.4.2. Análisis de la regresión para la ecuación de calor latente de

vaporización.

Para determinar la validez de las ecuaciones obtenidas por medio de los datos

experimentales, se realizó un análisis de regresión lineal. Los resultados obtenidos se

muestran en la Tabla 4.17.

El coeficiente de correlación R2 para uchuva sin ningún pre-tratamiento (blanco) es del

99,97%, lo que indica que para esa ecuación esos son los datos que se pueden

explicar con el modelo. Para uchuva escaldada este valor es de 99,99% y para uchuva

osmodeshidratada es de 99,99%.

Tabla 4.17. Análisis de Regresión Lineal para los datos obtenidos de Calor Latente de

Vaporización para uchuva blanco (sin ningún pre-tratamiento), escaldada y osmodeshidratada.


Prueba T 0,3869 0,4018 0,4356


Coeficiente correlación múltiple 0,9999 0,9999 0,99999

Error típico 0,1378 0,0949 0,0390

Observaciones 14 14 14


Suma de cuadrados 0,5129 0,2171 0,0366

Prueba F 0,9958 0,9980 0,9994


En las Figuras 4.17, 4.18 y 4.19 se pueden observar las relaciones entre los datos

experimentales y los datos teóricos generados a partir del modelo matemático, para

uchuva sin ningún pre-tratamiento (blanco), escaldada y osmodeshidratada.


115

4.5. SIMULACIÓN MATEMÁTICA REALIZADA CON LOS PARÁMETROS

ENCONTRADOS.

A partir de los parámetros generados para la simulación matemática de cada una de

las condiciones estudiadas es posible realizar un análisis de las principales variables

de operación del deshidratado. En esta sección se utilizan estas ecuaciones generadas

para predecir el comportamiento del deshidratado de la uchuva en blanco (sin ningún

pre-tratamiento), escaldada y osmodeshidratada.

4.5.1. Influencia de la temperatura y de la velocidad del aire en la velocidad

de secado

En las Figuras 4.20, 4.21 y 4.22 se observa la influencia de la temperatura en la

velocidad de secado para uchuva sin ningún pre-tratamiento (blanco), escaldada y

osmodeshidratada, respectivamente. A medida que la temperatura del aire aumenta la

velocidad de secado aumenta y el tiempo de residencia en el proceso de deshidratado

se hace más corto.

En la Tabla 4.18 se tienen los diferentes tiempos de deshidratado de la uchuva con los

distintos pre-tratamientos aplicados en esta investigación, donde se puede observar

una disminución sustancial en los tiempos de residencia en el proceso a medida que se

aumenta la temperatura de operación.


116

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0 80,0

CH

(%

bs)

t (h)

Teórico T=50°C, v 3m/s Teórico T=60°C, v=3m/s Teórico T=70°C, v=3m/s

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

4,50

0,0 10,0 20,0 30,0 40,0 50,0 60,0 70,0 80,0

CH

(%

bs)

t (h) Teórico T=50°C, v 4,2m/s Teórico T=60°C, v 4,2m/s Teórico T=70°C, v=4,2m/s

Figura 4.20. Influencia de la temperatura en la velocidad de secado para uchuva sin ningún pre-

tratamiento (blanco).


117

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00

CH

(%

bs)

t(h)

Teórica 50°C, 3m/s Teórica 60°C, 3m/s Teórica 70°C, 3m/s

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00

CH

(%

bs)

t(h)

Teórica 50°C, 4,2m/s Teórica 60°C, 4,2m/s Teórica 70°C, 4,2m/s

Figura 4.21. Influencia de la temperatura en la velocidad de secado para uchuva escaldada.


118

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

4,50

0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00

CH

(%

bs)

t (h)

Teórica 50°C, 3m/s Teórica 60°C, 3m/s Teórica 70°C, 3m/s

0,00

0,50

1,00

1,50

2,00

2,50

3,00

3,50

4,00

4,50

0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 80,00

CH

(%

bs)

t (h)

Teórica 50°C, 4,sm/s Teórica 60°C, 4,2m/s Teórica 70°C, 4,2m/s


osmodeshidratada.


119

Tabla 4.18. Influencia de la temperatura y de la velocidad del aire en la velocidad de secado de

uchuva blanco (sin ningún pre-tratamiento), escaldado y osmodeshidratado.

T (°C)

v (m/s)


50 60 70 50 60 70 50 60 70

4,2 70,18 h 18,07 h 16,57 h 45,07 h 18,24 h 16,07 h 71,07 h 20,07 h 13,57 h

3 73,24 h 29,24 h 14,74 h 45,07 20,41 h 16,07 h 71,07 h 21,41 h 17,74 h

En la Tabla 4.18 se observa la influencia de la velocidad del aire. Las velocidades de

aire evaluadas fueron de 3 y 4,2 m*s-1. Cuando se aumenta la velocidad del aire la

reducción del tiempo de residencia en el proceso de deshidratación no es significativo,

lo cual se puede corroborar con el parámetro adimensional que acompaña a la

velocidad de secado en la ecuación de velocidad de secado (ver Tabla 4.11 parámetro

a1). Este parámetro es muy pequeño lo que indica que la velocidad del aire no tiene

mucha influencia en la velocidad de secado.

4.5.2. Condiciones de operación

Los resultados obtenidos y las simulaciones realizadas muestran que los tiempos de

residencia en deshidratación de la uchuva con los diferentes pre-tratamientos

evaluados están influenciados por la temperatura, y en menor medida, por la velocidad

del aire, lo cual coincide con el trabajo realizado por Moreno (2008) en almidón de yuca

aplicando el mismo modelo matemático, además mediante la simulación matemática

del proceso de deshidratación se pueden recomendar algunas condiciones de

operación.

Para ello se pueden analizar los resultados y recomendar algunas combinaciones de

las variables que tienen más influencia dentro del proceso.

En la Tabla 4.19 se recomiendan algunas condiciones para la deshidratación de la

uchuva con los diferentes pre-tratamientos. Para ello se hizo una simulación con las

ecuaciones obtenidas variando la temperatura de 55 a70°C con variación cada 5°C.


120

Tabla 4.19. Condiciones recomendadas de operación del deshidratado de uchuva blanco (sin

ningún pre-tratamiento), escaldado y osmodeshidratado.

Parámetro

TRATAMIENTO

BLANCO ESCALDADO OSMODESHIDRATADO

Tipo de secado Secado con aire caliente en flujo paralelo

Temperatura 60°C 60°C 60°C

Velocidad de aire 3 m*s-1

3 m*s-1

3 m*s-1

Carga 13,3 kg *m-2

13,3 kg *m-2

13,3 kg *m-2

Diámetro uchuva Entre 18 a 23 mm Entre 18 a 23 mm Entre 18 a 23 mm

Humedad inicial 80% bh aprox. 80% bh aprox. 80% bh aprox.

Humedad Final Entre 14 y 15% bh Entre 14 y 15% bh Entre 14 y 15% bh

Tiempo de

deshidratado

29 h aprox. 20 h aprox. 21 h aprox.

Cabe anotar que las condiciones de operación se deben optimizar de acuerdo con los

costos de operación del proceso, para ello se debe hacer una relación costo/beneficio

entre productividad y costo de operación.

4.6. RESULTADOS DE LOS ANÁLISIS FÍSICO-QUÍMICOS

En la Tabla 4.20 se presentan algunos de los análisis físico-químicos realizados

durante el desarrollo del proyecto. En ellos se observa que el grado de madurez de la

fruta siempre se mantuvo en 6, que según la Norma Técnica Colombiana NTC 4580

(ICONTEC, 1999) este factor indica que la fruta se encuentra en el punto óptimo para

su consumo. Como se observa en la Tabla 4.20 el grado de madurez para los ensayos

se mantuvo en este valor.

Tabla 4.20. Análisis físico-químicos realizados a la fruta antes del proceso de deshidratado.

FECHA INDICE DE ACIDEZ (%ac cítrico)

SST (°Brix) SST CORR INDICE DE MADUREZ

GRADO DE MADUREZ

7-11 de febrero 2011 1.342 14 14.104 10.513 6

14- 18 de febrero 2011 1.392 15 15.108 10.854 6

21-25 de febrero 2011 1.217 14 14.094 11.583 6

1-11 de marzo 2011 0.937 14 14.073 15.015 6


121

21-25 de marzo 2011 0.936 12 12.073 12.898 6

4-8 de abril 2011 1.120 14 14.087 12.578 6

11-15 de abril 2011 1.563 14 14.121 9.038 6

18-22 de abril 2011 1.251 14 14.097 11.273 6

2- 6 mayo 2011 1,4592 16 16,283 11,158 6

En el apartado 3.3.3 se describe el procedimiento experimental para la determinación

de cada uno de los factores que componen la Tabla 4.19, en donde la acidez titulable

se expresa en % de ácido cítrico y se calcula mediante la ecuación 3.6. Los SST (°Brix)

es la medida que arroja el refractómetro. La corrección aplicada a esta medida se

realiza mediante la ecuación 3.7. El índice de madurez se calcula mediante la ecuación

3.8, y expresa los estados identificados en la tabla de color (Figura 1.2).

4.7. RESULTADOS ANÁLISIS DE TEXTURA, ACTIVIDAD DE AGUA Y

COLORIMETRIA

Los resultados de textura, actividad de agua (Aw) y colorimetría se le realizaron a 12

muestras con las características que se muestran en la Tabla 4.21.

Tabla 4.21. Lista de Ensayos a los cuales se les realizó las medidas de textura, actividad de

agua y colorimetría.

T (°C) Fecha ensayo

CH in (%bh)

CH fin (% bh)

M1- Blanco 60 Abril 26-11 78,46 15,15

M2 - Blanco 70 Abril 25-11 77,42 12,27

M3 - Escaldado 60 Abril 28-11 78,32 15,72

M4 - Escaldado 70 Abril 27-11 78,09 13,88

M5 - Osmodeshidratato 70 Abril 29-11 80,01 14,54

M6 - Osmodeshidratato 60 Abril 30-11 80,01 10,93

M7 - Escaldado 60 Dic 03-10 78,65 12,55

M8 - escaldado 70 Oct 27-10 79 13,8

M9 - Blanco 70 Sep 30-10 79,9 13,75

M10- Blanco 60 Sep 08-10 79,12 12,82

M11 - Osmodeshidratato 60 Feb 16-11 78,18 15,165

M12 - Osmodeshidratato 70 Feb 11-11 80,49 13,72


122

4.7.1. Análisis de textura y actividad de agua

Los análisis de textura realizados se refieren a la fuerza de penetración de una aguja

de 0,5 mm de diámetro a la fruta. Los resultados que se muestran en la Tabla 4.22

muestran los promedios y la desviación estándar de estas medidas en la fruta. A cada

muestra se les realizó 20 ensayos de textura y 3 ensayos de actividad de agua.

En la Figura 4.22 y en la Tabla 4.22 se muestran los promedios de actividad de agua

de las medidas realizadas a las muestras evaluadas. Allí se observa que este promedio

está por debajo de 0,6 que es el punto mínimo para el cual el producto se vuelve

estable en el tiempo, debido a que por debajo de este valor los microorganismos no se

multiplican.

Tabla 4.22. Promedios de las medidas de textura y actividad de agua.

Los ensayos de textura se realizaron en un Texturometro Marca TA.XT.Plus ubicado

en los laboratorios de análisis físico-químicos del Instituto de Ciencia y Tecnología de

T (°C) CH fin (% bh)

Promedio F (g)

Desviación estándar

Promedio Aw

Desviación estándar

M1- Blanco 60 15,15 37,26 14,028 0,584 0,0249

M2 - Blanco 70 12,27 78,52 21,074 0,458 0,0131

M3 - Escaldado 60 15,72 42,50 8,651 0,633 0,0286

M4 - Escaldado 70 13,88 75,97 26,020 0,520 0,0182

M5 - Osmodeshidratato

70 14,54 78,93 35,025 0,507 0,0095


60 10,93 70,06 23,932 0,544 0,0162

M7 - Escaldado 60 12,55 115,99 55,955 0,557 0,0106

M8 - escaldado 70 13,8 163,34 75,912 0,470 0,0295

M9 - Blanco 70 13,75 137,91 54,037 0,476 0,0312

M10- Blanco 60 12,82 91,30 48,071 0,526 0,0080


60 15,165 56,02 32,907 0,554 0,0155


70 13,72 116,05 69,405 0,468 0,0181


123

0,000

0,100

0,200

0,300

0,400

0,500

0,600

0,700

aw

Alimentos - ICTA, y los ensayos de actividad de agua se realizaron en un equipo Marca

FA-ST Lab ubicado en los mismos laboratorios.

En la Figura 4.24 y en la Tabla 4.22 se muestran los promedios de la medida del punto

de penetración por texturometro en los ensayos evaluados. En esta medidas se

observa que para los ensayos para los cuales el CH final en bh es más bajo este valor

es más alto (Tabla 4.23, Muestras 7, 8, 9 y 12). Esto nos muestra que un punto

adecuado de CH final en bh debe estar sobre el 14 y 15%, a este CH la Aw se

encuentra por debajo de 0,6. Esta tendencia que se explica no se cumple para el

ensayo M6, ya que tiene un CH final de 10,93% bh y el promedio del valor del punto de

penetración es de 70,06 g

Figura 4.23. Medida de la actividad de agua promedio para los ensayos evaluados.


124

0,0

20,0

40,0

60,0

80,0

100,0

120,0

140,0

160,0

180,0

Du

reza

(gr

)

Figura 4.24. Medida de punto de penetración por texturometro para los ensayos evaluados.

Las muestras para los cuales el valor del punto de penetración es más alto, el CH final

es más bajo, la palatibilidad por parte del consumidor se hace más difícil, debido a que

se debe hacer mayor fuerza para poder digerirlo. Las muestras en las que este valor es

más bajo, la degustación por parte del consumidor es más suave.

De acuerdo a estos resultados y los análisis realizados el CH final de la uchuva

deshidratada por cualquiera de los pre-tratamientos realizados en esta investigación

debe estar entre 14 y 15% CH bh final.

4.7.2. Colorimetría

En 1986 la “Comisión Internationale de L’Eclairage” (CIE), para lograr una

representación perceptualmente uniforme del color (uno de los métodos para

determinarlo objetivamente, basándose en la determinación de valores triestímulo XYZ)

estableció el espacio CIE-LAB (Figura 4.25). Este espacio vectorial utiliza una terna de

ejes ortogonales, se basa en el modelo de los colores opuestos, y define cada color a


125

partir de unas coordenadas denominadas L* (claridad/oscuridad: 0, negro, a 100,

blanco); a* (“+60” intensidad de color rojo y “–60” de color verde), y b* (“+60” intensidad

de color amarillo y “–60” de color azul), según el método de Grassmann. De esta

manera, los colores se representan en el espacio a unas distancias proporcionales a

las diferencias visuales entre ellos. Es, por tanto, un sistema recomendado para

mediciones industriales del color de los alimentos (Ramírez-Navas, 2010).

Los ensayos de colorimetría se realizaron en un Colorímetro marca CHROMA METER

CR-300 ubicado en los laboratorios del Instituto de Ciencia y Tecnología de Alimentos

ICTA de la Universidad Nacional de Colombia. Para ello se tomaron veinte medidas por

cada ensayo realizado. Los resultados se muestran en las Figuras 4.26, 4.27 y 4.28,

para uchuva sin ningún pre-tratamiento (blanco), uchuva sometida a escaldado y

uchuva sometida a osmodeshidratado, respectivamente.

Figura 4.25. Espacio de colores CIE-LAB. (Ramírez-Navas, 2010).

En la Tabla 4.23 se muestran los promedios de las medidas de colorimetría, para cada

una de las medidas realizadas y el cálculo del Índice de Color (IC) para cada muestra.


126

Tabla 4.23. Promedios de las medidas de colorimetría.

T (°C) CH fin (% bh)

Valores L A B C h IC

Fruta Fresca Promedio 69,09 10,90 56,98 58,03 79,18 2,78

Des. Estándar

2,38 1,47 3,33 3,31 1,51 0,46

M1- Blanco 60 15,15 Promedio 47,25 17,18 47,43 50,30 70,70 7,77

Des. Estándar

4,12 2,48 5,95 6,28 2,28 1,24

M2 - Blanco 70 12,27 Promedio 42,48 19,65 43,83 48,08 65,70 10,81

Des. Estándar

3,81 2,49 5,73 5,89 2,69 2,42

M3 - Escaldado 60 15,72 Promedio 45,06 17,29 45,24 48,45 69,06 8,64

Des. Estándar

4,01 2,38 7,15 7,37 1,87 1,40


Des. Estándar

2,72 2,03 4,63 4,63 2,39 1,38

M5 - Osmo 70 14,54 Promedio 47,81 17,30 47,54 50,62 70,02 7,70

Des. Estándar

2,50 1,78 3,69 3,60 2,23 1,36

M6 - Osmo 60 10,93 Promedio 46,10 18,83 44,73 48,44 66,86 9,37

Des. Estándar

4,10 1,97 6,75 6,95 2,26 1,77


Des. Estándar

3,32 1,73 3,76 3,57 3,16 2,74

M8 - escaldado 70 13,8 Promedio 38,52 16,83 37,49 41,12 65,89 11,76

Des. Estándar

2,44 1,65 2,70 2,77 2,17 1,70

M9 - Blanco 70 13,75 Promedio 37,80 15,31 35,03 38,27 66,42 11,70

Des. Estándar

2,01 1,92 3,12 3,18 2,73 1,90

M10- Blanco 60 12,82 Promedio 37,98 14,64 33,13 36,27 66,24 11,92

Des. Estándar

2,79 1,77 3,64 3,45 3,72 2,52

M11 - Osmo 60 15,165 Promedio 44,57 19,59 43,47 47,73 65,56 10,43

Des. Estándar

3,69 1,30 5,73 5,34 2,93 2,21

M12 - Osmo 70 13,72 Promedio 44,56 20,36 45,21 49,66 65,56 10,47

Des. Estándar

4,00 1,71 5,96 5,48 3,31 2,45

En las Figura 4.26 se observa los resultados de colorimetría para uchuva sin ningún

pre-tratamiento (blanco). Allí se observa que la uchuva después del proceso de

deshidratado toma una tonalidad amarillo rojiza, ya que pasa de un amarillo intenso,

uchuva fresca en la figura 4.18, a tonalidades rojizas, además las muestras que


127

0

10

20

30

40

50

60

70

0 5 10 15 20 25

Azu

l

B

A

mar

illo

Verde A Rojo

Blanco 60 M1 Blanco 60 M10 Blanco 70 M2 Blanco 70 M9 Uchuva Fresca

llevaban más tiempo de haberse procesado el color era más oscuro, lo que indica que

los sufría de un pardeamiento debido al contacto con la luz.

En la Figura 4.27 están los graficados los resultados de colorimetría para la uchuva

sometida a escaldado, aquí también se observa el mismo corrimiento hacia el rojo

observado para la uchuva sin ningún pre-tratamiento.

En la Figura 4.28 están graficados los resultados de colorimetría para uchuva sometida

a osmodeshidratado. El color de las muestra con este pre-tratamiento está menos

disperso que con los dos tratamientos anteriores, lo cual puede indicar que la

osmodeshidratación no permite que la fruta se pardee después de pasar por el proceso

de deshidratación.

Los resultados obtenidos para colorimetría no se pueden comparar con otros estudios

debido a que no se encontraron trabajos realizados en este tema. Se encontraron

trabajos como el de Márquez et al (2009) en el que se hace un estudio de color para

uchuva fresca.

Figura 4.26. Datos de colorimetría para uchuva sin ningún pre-tratamiento (blanco).


128

0

10

20

30

40

50

60

70

0 5 10 15 20 25

Azu

l

B

A

mar

illo

Verde A Rojo

Escaldado 60 M3 Escaldado 60 M7 Escaldado 70 M4 Escaldado 70 M8 Uchuva Fresca

0

10

20

30

40

50

60

70

0 5 10 15 20 25

Azu

l

B

A

mar

illo

Verde A Rojo

Osmo 60 M6 Osmo 60 M11 Osmo 70 M5 Osmo 70 M12 Uchuva Fresca

Figura 4.27. Datos de colorimetría para uchuva sometida a escaldado.

Figura 4.28. Datos de colorimetría para uchuva sometida a osmodeshidratato.


129

0

2

4

6

8

10

12

14

Índ

ice

de

Co

lor

- IC

En la Figura 4.30 se muestra el Índice de Color – IC, para cada una de las muestras.

En la Ecuación 4.13 se muestra el cálculo del índice de color.

*1000 ( .4.14)

* *

aIC Ec

L b

En donde:

IC: índice de color

L*, a* y b* son los valores del espacio CIE-LAB mostrados en la Tabla 4.23.

Según Vignoni (2006) si el IC es positivo y se encuentra entre (+2 a +20), se relaciona

con los colores que van desde el amarillo pálido al naranja intenso. Para este caso la

uchuva en fresco tiene un valor de 2,78 y la uchuva deshidratada con los pre-

tratamientos estudiados se encuentra 7,70 y 12,82, lo que indica que cuando la uchuva

se somete a deshidratación el color cambia hacia el naranja intenso.

Figura 4.29. Índice de color – IC, para cada una de las muestras evaluadas.


130

4.7.3. Panel de Análisis Sensorial de Aceptación

Otro de los ensayos realizados a las muestras obtenidas fue un panel de análisis

sensorial de aceptación. En las Figuras 4.31, 4.32 y 4.33 se muestran los resultados

para uchuva sin ningún pre-tratamiento (blanco), escaldada y osmodeshidratada

respectivamente.

A continuación se presenta la encuesta realizada.

Tabla 4.24. Encuesta de Panel Sensorial de Aceptación para uchuva deshidratada.

PRUEBA SENSORIAL DE UCHUVA DESHIDRATADA

Edad __________ Hombre ______ Mujer______

Pruebe la muestra que se le presenta e indique, según la escala su opinión sobre ellas. Marque

con una X el renglón que corresponda a la calificación de cada muestra.

ESCALA MUESTRA 1 MUESTRA 2 MUESTRA 3

Me gusta mucho

Me gusta

Me es indiferente

Me disgusta

Me disgusta mucho

En base a la Norma Técnica Colombiana NTC 3930 (ICONTEC, 2009) se presentan

los resultados del panel:

Objetivo del panel: Medir la aceptación del público en general de tres muestras de

uchuva sometida a diferentes pre-tratamientos.

Se ofrecieron tres muestras a cada evaluador y no se usó muestra de referencia.


131

Número de evaluadores: 48

Sitio y condiciones de la prueba: Instituto de Ciencia y Tecnología de Alimentos

ICTA, Universidad Nacional de Colombia. La prueba se aplicó a estudiantes de

alimentos y docentes de las líneas de alimentos.

Condiciones del material utilizado: se utilizó muestras de uchuva blanco (sin ningún

pre-tratamiento), escaldada y osmodeshidratada. A cada panelista se le entregaron

tres copas marcadas con números de 1 a 3 y se les pidió que colocaran su nivel de

aceptación respecto a la Tabla 4.25.

Nombre de la persona que supervisó la prueba: Juan Carlos Mahecha Godoy.

Fecha y hora de la prueba: jueves 5 de mayo de 2011, 9 am.

La escala utilizada para la medición de este ensayo fue la siguiente:

5: Me gusta mucho.

4: Me gusta.

3: Me es indiferente.

2: Me disgusta.

1: Me disgusta mucho.

Para la obtención de los resultados se contaron las respuestas para la escala utilizada,

teniendo como punto de partida que el total de evaluadores fue de 48 personas.

En las Tablas 4.25, 4.26 y 4.27 se muestran los resultados del panel sensorial de

aceptación.

Tabla 4.25. Resultados Panel Sensorial de Aceptación, uchuva sin ningún pre-tratamiento

(blanco).

M1 - Blancos

Rango de edades

5 4 3 2 1

15-25 5 12 5 0 1

26-40 0 4 1 2 0

> 40 3 10 4 1 0

Totales 8 26 10 3 1


132

Tabla 4.26. Resultados Panel Sensorial de Aceptación, uchuva sometida a escaldado.

M2 - Escaldado

Rango de edades

5 4 3 2 1

15-25 5 8 5 4 1

26-40 1 5 0 1 0

> 40 3 8 7 0 0

Totales 9 21 12 5 1

Tabla 4.27. Resultados Panel Sensorial de Aceptación, uchuva sometida a osmodeshidratado.


Rango de edades

5 4 3 2 1

15-25 5 12 2 4 0

26-40 3 2 1 1 0

> 40 7 6 3 2 0

Totales 15 20 6 7 0

Para el análisis de los resultados se graficó el total de respuestas según la escala

utilizada y se dividieron las respuestas en tres rangos de edades. De 15 a 25 años, de

26 a 40 años y mayores de 40 años. El rango de 15-25 años se tomó porque son

personas jóvenes con bajo poder adquisitivo. El rango de 26-40 años se tomó debido a

que son personas que inician su vida laboral y su poder adquisitivo aumenta y se dan

gustos probando nuevos alimentos. Y mayores de 40 años porque estas personas ya

saben lo que quieren y tienen muy definidos sus gustos.

En la Figura 4.29 se observa que el 54,17% de las personas responden que la uchuva

sin ningún pre-tratamiento les gusta, seguida por la respuesta de 20,83% que le es

indiferente y 16,67% que les gusta mucho. Por rango de edades entre 15-25 años el

25,0% de las personas les gusta el producto, entre 26-40 años el 8,33% les gusta y

mayores de 40 años el 20,83% les gusta.

En la Figura 4.30 se tienen los resultados para uchuva sometida a escaldado. Se tiene

que el 43,5% de los encuestados manifiestan que les gusta el producto seguido de un


133

25,0% que le es indiferente y de 18,75% que les gusta mucho. Por rango de edades

entre 15-25 años el 16,67% les gusta el producto, seguido de 10,42% que les gusta

mucho y les es indiferente. Entre 26-40 años el 10,42% les gusta, seguido por 2,08%

que les gusta mucho y la misma cifra les disgusta. Y para mayores de 40 años el

16,67% les gusta el producto, seguido de 14,58% les es indiferente y 6,25% les gusta

mucho.

En la Figura 4.31 se tienen los resultados para uchuva sometida a osmodeshidratado.

Se tiene que el 41,67% les gusta, seguido del 31,25% que les gusta mucho, el 14,58%

les disgusta y el 12,5% les es indiferente.

Como conclusión del panel de aceptación sensorial, en general, a los panelistas les

gusta la uchuva deshidratada, con una tendencia a los sabores más ácidos, como lo es

la uchuva sin ningún pre-tratamiento, seguida por la uchuva sometida a escaldado y

por último la uchuva sometida a osmodeshidratado.

El panel de aceptación sensorial no se tuvo en cuenta la temperatura de deshidratado,

debido a que no se aprecia diferencia en el producto obtenido con temperatura de 60°C

y de 70°C. En este panel se hizo la evaluación a la uchuva con los diferentes pre-

tratamientos.


134

0

5

10

15

20

25

30

8: 16,67%

26: 54,17%

10: 20,83%

3: 6,25% 1: 2,08%

Nú

me

ro d

e P

ane

lista

s

Valoración

5: Me gusta mucho 4: Me gusta 3: Me es indiferente 2: Me disgusta 1: Me disgusta mucho

0

2

4

6

8

10

12

15-25 26-40 > 40

5: 10,42%

0

3: 6,25%

12: 25,0%

4: 8,33%

10: 20,83%

5: 10,42%

1: 2,08%

4: 8,33%

0

2: 4,17%

1: 2,08% 1: 2,08%

0 0


Figura 4.30. Datos del panel sensorial de aceptación para uchuva sin ningún pre-tratamiento

(blanco).


135

0

5

10

15

20

25

9: 18,75%

21: 43,75%

12: 25,0%

5: 10,42%

1: 2,08%

Nú

me

ro d

e p

ane

lista

s

Valoración


0

1

2

3

4

5

6

7

8

15-25 26-40 > 40

5: 10,42%

1: 2,08%

3: 6,25%

8: 16,67%

5: 10,42%

8: 16,67%

5: 10,42%

0

7: 14,58%

4: 8,22%

1: 2,08%

0

1: 2,08%

0 0


Figura 4.31. Datos del panel sensorial de aceptación para uchuva sometida a escaldado.


136

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

2015: 31,25%

20: 41,67%

6: 12,5% 7: 14,58%

0 Nú

me

ro d

e P

ane

lista

s

Valoración


0

2

4

6

8

10

12

15-25 26-40 > 40

5: 10,42%

3: 6,25%

7: 14,58%

12: 25,0%

2: 4,17%

6: 12,5%

2: 4,17%

1

3: 6,25%

4: 8,33%

1

2: 4,17%

0 0 0

Nú

me

ro d

e p

ane

lista

s


Figura 4.32. Datos del panel sensorial de aceptación para uchuva sometida a

osmodeshidratado.

PARÁMETROS GENERADOS

En el presente trabajo se generaron los parámetros teóricos para la simulación

matemática del deshidratado de la uchuva (Phisalys peruviana L.) con dos pre-

tratamientos térmicos, escaldado y osmodeshidratado, y otro sin ningún pre-

tratamiento, blanco. Se obtuvieron las ecuaciones de Contenido de Humedad en

equilibrio, la ecuación de velocidad de secado, la ecuación de calor específico y la

ecuación de Calor Latente de Vaporización para cada uno de los tratamientos

mencionados.

Ecuación de Contenido de Humedad en Equilibrio.


2 3 2

3 4

(0,8571 0,1292 0,0878 )exp((0,0525 0,6282 2,2756

3,4190 1,8235 ) ( 79,9957))

Meq HR HR HR HR HR

HR HR T


2 3 2

3 4

(0,4039 0,7184 0,7713 )exp((0,0016 0,2721 0,3847

1,9017 1,4307 ) ( 45,0468))

Meq HR HR HR HR HR

HR HR T

Uchuva sometida a osmodeshidratado

2 3 2

3 4

(2,8010 7,4698 5,6873 )exp(( 0,1250 0,8142 2,9901

5,0804 3,0240 ) ( 26,2760))

Meq HR HR HR HR HR

HR HR T

En donde:





138

Ecuación de Calor Específico.


0,6298 12,244Cp CH


0,8406 10,17Cp CH


3,4082 8,0357Cp CH

En donde:


CH: Contenido de Humedad (decimal bs)

Ecuación de velocidad de Secado.


( )(1,8185 0,000199 2,62 6 (1 )* 0,00024 (1 ))

(13,5146 1,0156 )( 0,00225 0,000271 0,0385 )


dt

C P S


( )(1,9061 0,00017 3,87 5 (1 )* 0,00029 (1 ))

(4,1694 0,3129 )(0,0127 0,0080 0,0323 )


dt

C P S


3( )(0,3892 0,00804 0,00038 (1 )* (1 ))

(8,9874 0,6756 )( 1,0632 1,8630 0,5895 )

dMM Meq v PVS HR M a PVS HR

dt

C P S


139

En donde:

3989,9exp 16,5694

233,66PVS

T

M: Contenido de humedad del sólido en un instante determinado (decimal b.s.)

Meq: Contenido de humedad de equilibrio (decimal b.s.)

HR: Humedad relativa del aire.





Ecuación de Calor Latente de Vaporización del agua en el producto.


2500,3 2,09 1 1,987 exp 1,536fg

h T M


2500,3 2,09 1 2,795 exp 10fg

h T M

Uchuva sometida a osmodeshidratada:

2500,3 2,09 1 0,673 exp 6,854fg

h T M

En donde:

hfg´: Calor latente de vaporización del agua contenida en la uchuva

osmodeshidratada (KJ kg-1).


M: Contenido de humedad de la uchuva osmodeshidratada (decimal bs)


140

De acuerdo a las condiciones manejadas en los ensayos experimentales las

ecuaciones generadas tienen la siguiente validez.

Producto Uchuva fresca

Diámetro Menor a 27 mm

Intervalo de humedad del producto Entre 0 a 85% bh

Intervalo de temperatura de secado Entre 50 a 70 °C

Intervalo de velocidad del aire Entre 1 a 4,2 m s-1

Intervalo de humedad del aire Entre 20 a 70%

Intervalo de carga de uchuva Entre 1 a 13,3 kg m-2

CONCLUSIONES

141

CONCLUSIONES

A partir de los datos experimentales se obtuvieron las ecuaciones para la simulación

matemática de la deshidratación de uchuva sin ningún pre-tratamiento (blanco), uchuva

sometida a escaldado y uchuva sometida a osmodeshidratado.

El análisis estadístico de los datos muestra que las ecuaciones generadas a partir del

modelo matemático tienen un buen ajuste respecto a los datos experimentales,

constituyéndose en una valiosa herramienta para la predicción de procesos de

deshidratación de uchuva.

Como los ensayos realizados en este proyecto de investigación fue con velocidades de

aire de 3 y de 4,2 m*s-1, se encontró que la variación entre estos dos valores tiene baja

incidencia en los tiempos de deshidratación.

La temperatura de aire tiene alta influencia en la velocidad de deshidratación de la

fruta, a mayor temperatura la velocidad de secado aumenta.

La temperatura de aire recomendada para la deshidratación de la uchuva con los pre-

tratamientos estudiados es de 60°C con una velocidad de aire de 3 m*s-1. La carga de

producto por unidad de área utilizada en este proyecto de investigación fue de 13,3

kg*m2, por condiciones de laboratorio. Estos parámetros deben ser optimizados

comparándolos con los costos de operación de un deshidratador industrial.

De los pre-tratamientos evaluados el que presenta mejores ventajas en cuanto a menor

tiempo de proceso y calidad del producto terminado, es la uchuva sometida a

escaldado, pero la temperatura de escaldado debe ser de 70°C durante dos minutos,

para que la fruta a deshidratar no presente rajaduras antes del proceso.

CONCLUSIONES

142

La uchuva sometida a osmodeshidratado presenta muy buenas condiciones de

producto final, pero los costos del agente osmodeshidratante no hace adecuado el

proceso.

Mediante la optimización de la automatización y el control de la cámara experimental

de secado utilizada en el desarrollo de este proyecto, se realizó un aporte importante a

la infraestructura de investigación en tecnologías de poscosecha de la Universidad

Nacional de Colombia. Este equipo se encuentra disponible en los Laboratorios de la

Planta Piloto de Ingeniería Química de la sede Bogotá.

Con el desarrollo de este proyecto se valida una metodología de trabajo utilizada en el

Departamento de Ingeniería Civil y Agrícola a nivel de productos agrícolas y se

demuestra su aplicación para productos agroindustriales derivados de estos.

Mediante la determinación de los parámetros de deshidratación de la uchuva con los

pre-tratamientos evaluados, se hace un aporte importante a las tecnologías de

poscosecha generando herramientas para el diseño de deshidratadores a nivel

industrial para esta fruta y se propicia un adelanto tecnológico de la agroindustria de

nuestro país.

RECOMENDACIONES

143

RECOMENDACIONES

Dentro de este proyecto de investigación se evaluó la deshidratación de uchuva sin

ningún pre-tratamiento (blanco), uchuva sometida a escaldado y uchuva sometida a

osmodeshidratado. Se recomienda evaluar otros pre-tratamientos como uchuva

sometida a escaldado y osmodeshidratado al tiempo, uchuva sometida a pitting y

escaldado y uchuva sometida a pitting, escaldado y osmodeshidratado, debido a que

estudios con uva pasa sometida a un baño en NaOH (soda cáustica) han demostrado

una disminución en los tiempos de residencia en el proceso, lo cual podría funcionar

para la uchuva.

Se recomienda hacer algunos ensayos con uchuva rajada, debido a que los

productores de fruta cuando se presentan estas características, esta fruta es

desechada y el valor comercial disminuye sustancialmente, y en los ensayos realizados

no se observó pardeamiento en la fruta que presentaba dichas características cuando

la fruta se sometía al proceso de escaldado.

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Juan Carlos Mahecha Godoy

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